煤合成氣(Coal syngas)為氫氣與一氧化碳之混合氣,具有製程簡單、價格低廉等優點,且氫氣與一氧化碳兩者皆為最容易被還原之氣體,在通入陽極端前不需再經過氣體重組之步驟,而可直接反應生成水氣與二氧化碳,於應用上頗具潛力。 在陽極材料的選擇上,傳統的鎳觸媒如60Ni-YSZ,易於表面生成積碳,對於一氧化碳之活性較差。本研究選用具有混合導體特性之鈣鈦礦結構材料LSCF (La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3) 及LACF (La0.7Ag0.3Co0.2Fe0.8O3) 為陽極材料,並含浸不同活性金屬Cu、Ag,期能提升對水煤氣之反應性,並避免積碳,以改善此問題。 將LSCF及LACF混合導氧離子性較佳的GDC,並含浸2 wt% Cu或2 wt% Ag,配製成LSCF-50GDC-2Cu、LSCF-50GDC-2Ag、LACF73-50GDC三種陽極漿料,塗佈於YSZ電解質生胚上,陰極端使用活性極好的LSCF-50GDC-2Cu,通入100 mL/min煤合成氣為燃料,測得最大功率密度分別為22.658、37.537與23.496 mW‧cm-2。 觀察陽極端通入煤合成氣之電流表現,可發現因CO之擴散及電化學反應速率較慢,因此H2之效能較CO為佳,在某些混合比例下,電池擁有相似之混合效能,推測陽極端有水氣轉移反應的發生,令CO與H2比例維持平衡關係。 使用煤合成氣為陽極燃料時,Ag觸媒比Cu觸媒之表現來得優越,推測以Ag為活性金屬時,氧於Ag上移動較快,可提升燃料催化效果。然而,含Ag量不能太多,否則將會覆蓋氧空缺,不利O2-之擴散。 由定電壓實驗可看出,電池效能受燃料比例與積碳所構成之電流收集層相互影響;而電池於陽極端之反應機制,推測與被吸附之H原子與O2-形成之OH基團相當重要,可促進形成COOH反應中間體,以利CO之氧化成CO2。 由此可知,鈣鈦礦材料對於煤合成氣具有一定之催化活性,以其為陽極材料,可提升電池效能,且在操作過程中並無失活現象。