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  • 學位論文

中溫型固態氧化物燃料電池之LSCF陽極之水煤氣反應之研究

A study on coal gas reaction over LSCF anode of intermediate-temperature solid oxide fuel cell

指導教授 : 黃大仁
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摘要


本研究選用鈣鈦礦型結構材料(ABO3)之LSCF (La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)氧化物,有別於傳統上以LSCF做為陰極材料,而是將其應用至固態氧化物燃料電池之陽極端。同時探討添加Cu或Ni等活性金屬至LSCF中,藉由改變LSCF的B site組成,觀察其對於各種不同比例的CO與H2混合氣之催化能力。 由CO-TPR與H2-TPR之實驗得知,添加Cu至LSCF之B site形成LSCCF系列材料其還原溫度約為300℃,但是並無法有效地提高CO氧化反應之活性。若進一步地改為添加Ni至LSCF之 B site中取代Co而形成LSCNF118,因為在439℃時LSCNF118會有一個還原波峰,所以可大幅地提高LSCF對於H2在中高溫下之氧化反應能力。 本研究為了瞭解何種組成的LSCF氧化物,於操作溫度800℃時能有最佳之反應活性,故以粉體進行CO、H2及水煤氣定溫反應實驗。研究結果顯示,未添加任何活性金屬的LSCF,對於CO氧化反應擁有最佳的反應活性,操作時間於60分鐘後仍能保持0.572μmole/min.g之CO2生成量。另外在水煤氣反應實驗中,添加Ni至LSCF之B site形成LSCNF118,則會破壞CO氧化反應之活性。若將LSCF含浸10wt%Ni製備成10Ni-LSCF,它不但能夠提高對於H2氧化反應之催化能力,而且還能提昇氧化CO氣體之反應活性。 利用H2作為陽極反應氣體來進行測試單電池之效能,結果發現LSCF作為陽極之單電池效能並不良好,maximum power density僅達5.176 mW/cm2。若是添加導氧離子性效果較為優異的GDC材料 (Gadolinium doped Cerium,Gd0.2Ce0.8O3)至LSCF,除了可增加陽極材料的氧離子傳導速度之外,更能大幅地提高電池效能達至12.29 mW/cm2。若再添加少量Ni金屬至LSCF-GDC中製成3Ni-60LSCF-GDC,可將電池效能再提高至14.72 mW/cm2。 改變陽極反應氣體為H2與CO各種比例之混合氣進行單電池效能測試,結果顯示CO的比例越高則電池效能越佳,而當以純CO為燃料之電池maximum power density較純H2為燃料足足相差有5倍之多。顯示以LSCF作為陽極材料,並利用純CO為反應氣體,其電池效能會有優異的表現。

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無資料

參考文獻


35. 王俊修,“以氧化釓添加氧化鈰為擔體擔載鎳和鐵觸媒行甲烷反應後的自身去積碳行為之研究”,碩士論文,清華大學化工所(2006)
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被引用紀錄


陳鴻志(2010)。以La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ為觸媒行高溫甲醇蒸氣重組製氫之研究〔碩士論文,國立清華大學〕。華藝線上圖書館。https://www.airitilibrary.com/Article/Detail?DocID=U0016-0211201015591241

延伸閱讀