中溫固態燃料電池電解質之電性與熱穩定性分析

Thermal Stability and Electrical Conductivity of Electrolyte Materials for IT-SOFC

費遠婷

指導教授 ： 簡朝和

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2013年)

摘要

為了改善BaCe0.8-xZrxDy0.2O3-δ材料系統的熱穩定性，本研究以化學法合成SrCe0.8-xZrxDy0.2O3-δ (x=0.1-0.4) 和BaCe0.5M0.3Dy0.2O3-δ (M = Ti, Sn, Hf, Zr)，分析其成分對導電率與熱穩定性的影響。實驗結果發現導電度與晶格常數和結構對稱性成正相關；熱穩定性則隨著結構對稱性和摻雜離子的電負度 (Electronegativity) 增加而提高，且不同成分的相對穩定性與熱力學估算的趨勢接近。BaCe0.5Sn0.3Dy0.2O3-δ在本實驗的所有成分中對二氧化碳和水具有最佳的熱穩定性，兼具不錯的導電度。進一步探討其缺陷化學，發現導電度與氧分壓的1/4次方有線性關係，與實驗結果相符。由離子與電洞遷移數得知，BaCe0.5Sn0.3Dy0.2O3-δ在低氧分壓下為純離子導體，在高氧分壓下則為離子與電洞的混合導體，有潛力做為IT-SOFC的陽極、電解質和陰極材料。

關鍵字

中溫固態氧化物燃料電池 ； BaCeO3 ； 導電度 ； 化學穩定性

參考文獻

[14] 潘昭璇，〈有機化學合成法製備中溫固態燃料電池陽極材料及其電性分析〉，國立清華大學材料科學工程學系100年碩士論文

[1] N. Q. Minh, “Ceramic Fuel-Cells,” J. Am. Ceram. Soc., 76, 563-88 (1993).

[2] T. H. Etsell and S. N. Flengas, “Electrical Properties of Solid Oxide Electrolytes,” Chem. Rev., 70, 339-76 (1970).

[3] J. W. Fergus, “Electrolytes for Solid Oxide Fuel Cells,” J. Power Sources, 162, 30-40 (2006).

[5] E. Fabbri, D. Pergolesi, and E. Traversa, “Materials Challenges toward Proton-Conducting Oxide Fuel Cells: a Critical Review,” Chem. Soc. Rev., 39, 4355-69 (2010).