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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