Transcript 第5-4節ch5

S O F C 性能分析
 壓力效應
 溫度效應
 反應氣體組成與利用效率
 雜質效應
S O F C 性能分析(1)
壓 力 效 應：
可逆電位變化與反應氣體分壓的關係式:
S O F C 性能分析(2)
理想電位與壓力之關係
nA莫耳的A物質
與
nB莫耳的B物質
反 應
產 生
nc莫耳的C物質
與
nD莫耳的D物質
活性度以aA aB aC aD表示
S O F C 性能分析(3)
熱力學原理
在等溫條件下,化學反應自由能的改變量與參加反應的各物
質活性度間的關係
S O F C 性能分析(4)
3. 理 想 電 位
理想電位可由下式直接算出:
S O F C 性能分析(5)
自由能轉電功
S O F C 性能分析(6)
Nernst方程式之可逆電位
S O F C 性能分析(7)
活性度
S O F C 性能分析(8)
燃料氣體分壓效應
假設氫氣分壓從(PH2)1改變成(PH2)2而陰極氧化劑沒有改變
時,則燃料電池之可逆電位變化量為:
S O F C 性能分析(9)
SOFC之可逆電位變化與反應氣體分壓的關係式
S O F C 性能分析(10)
關係式改變
假設SOFC過電為主要受到陰極氣體O2壓力的影響,在
1000˚C 的典型操作下,SOFC可逆電位隨著燃料電池
操作壓力變化的關係是可寫成:
S O F C 性能分析(11)
經 驗 公 式
S O F C 性能分析(12)
溫 度 效 應
*固態電解質在800˚C 的低
溫下有相當高的歐姆極化
*歐姆極化隨操作溫度增高
而減小
操作溫度對SOFC雙電池
組性能之影響
S O F C 性能分析(13)
經 驗 公 式(一)
S O F C 性能分析(14)
經 驗 公 式(二)
Ps: 上式的i是電流密度,單位為mA/cm2
S O F C 性能分析(15)
反應氣體組成與利用率效應
S O F C 性能分析(16)
經 驗 公 式(一)
S O F C 性能分析(17)
經 驗 公 式(二)
S O F C 性能分析(18)
燃料氣體組成對SOFC開路電壓影響
S O F C 性能分析(19)
不同操作溫度下燃料氣體利用率對SOFC性能
之影響
*燃料氣體利用率對SOFC輸
出電壓之影響,不論氧氣或
空氣,利用率在25%固定下
SOFC輸出電壓隨燃料氣
體利用率增加而減少
*因為燃料利用率會增加陽
極的濃度極化
S O F C 性能分析(20)
雜 質 效 應
S O F C 性能分析(21)
補 充 說 明(一):
活性度:
反應物的活性度簡單的定義就是物 質“非停滯率”
的大小,活性度越大表示反應物質越不容易停滯而
容易離開原來位置.
S O F C 性能分析(22)
補 充 說 明(二):
台灣燃料電池研發現況 :
*工研院能資所，規劃在未來4年內，開發3~5kw小型家用PEM燃
料電池，包含電池堆、燃料重組器及關鍵材料。
*台灣經濟研究院預期將於2002年完成第四代燃料電池，量產應
用於電動機車，其機車最終目標為：極速85km/hr、續航力
160km、總重量100公斤以下，換氫氣罐時間五分鐘內。
*中科院材料之研究領域則包含：電極觸媒、碳材電極、氣體擴展
層(gas diffusion layer)、複合石墨雙極板，及電池堆設計開發。
*工研院材料所及核能研究所燃材組，也積極從事關鍵材料零組件
研發工作，研發目標以應用家電、資訊、通訊(3C)電源供應產
品為主。
*學術單位方面，則有元智大學投入燃料電池應用領域的研究，其
近程目標是PEM 燃料電池的研發；長程目標則是直接式甲醇燃
料電池(DMFC)及固態氧化物燃料電池(SOFC)的研發。
*能源委員會的燃料電池計畫，目前則先由PEM 燃料電池著手研
發。