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熱循環、添加氫氣、加壓效應還原氮化鎳對平板型氨氣SOFCs之影響

為了解決atm大氣壓力的問題，作者呂育緯 這樣論述：

本研究針對平板式陽極支撐(400-μm-Ni-YSZ/3-μm-YSZ/12-μm-LSC-GDC; 5 x 5 cm2)固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)在陽極氨燃料中添加氫氣，以測試添加氫氣是否對氮化鎳的還原反應有效果？氮化鎳的發生，主要是因為氨氣在SOFC一般操作溫度下會以兩步驟進行反應，先裂解成氫氣和氮氣，再由氫氣進行反應產電。然而，氨氣在裂解成氫氣和氮氣時是吸熱反應，這會導致電池的操作溫度降低，在操作溫度低於750oC時會造成氨氣未裂解完全，進而與陽極的鎳反應生成氮化鎳，使陽極鎳觸媒有劣化的問題。本研究使用已建立之雙腔體高溫高壓爐與電池性能

量測平台(含電化學阻抗頻譜量測)，在不同操作溫度(T)及壓力(p)下，量測陽極三種燃料: (1)H2/N2(540/360 sccm); (2)NH3/N2(360/180 sccm); (3) NH3/H2/N2(90/300/210 sccm)於平板型固態氧化物燃料電池的電池性能、電化學阻抗頻譜與熱循環測試(Thermal Cycle Test, TCT)，其中陰極為空氣(900 sccm)。在1大氣壓和800oC的操作溫度下，三種燃料的性能幾乎沒有差別，這是因為氨氣會在T ≥ 750oC時完全裂解。此外，不管在任何操作溫度下提升操作壓力皆會使OCV及電池性能上升。因為提高操作壓力會促進多

孔電極中的氣體擴散及電極觸媒表面的反應物吸附速率，進而加快電化學反應速率。有關TCT，本實驗將溫度範圍設在600oC~700oC之間，以4個步驟為一循環，分別為(1)維持700oC; (2)降溫至600oC; (3)維持600oC; (4)升溫至700oC，每個步驟時間均設定為1小時，一次TCT實驗共含6個循環，總共24小時，並在每個循環間測試一組電池性能及其電化學阻抗頻譜。結果顯示，隨著循環次數的增加，電池的性能會緩慢的下降，6個循環24小時後，1大氣壓NH3/N2的性能下降24%、1大氣壓NH3/H2/N2的性能下降為10%; 而在3大氣壓時，NH3/H2/N2性能僅下降5%，顯示高壓條件

下可促進氧化還原氮化鎳，使電池性能穩定性得以延長。上述結果，顯示在氨氣中添加氫氣可以有效地還原氮化鎳，特別是在高操作壓力條件下，且從電化學阻抗頻譜也得到相同的結果。本研究成果，對使用氨為燃料之SOFC在低溫操作(600 ~ 700 oC)條件時，應有所助益。

三維暫態直流電漿火炬模擬

為了解決atm大氣壓力的問題，作者邱勝瑄 這樣論述：

本研究使用有限體積法離散基於連續方程式、動量方程式、能量方程式、電磁場方程式及SST k-ω紊流模型的磁流體動力方程組，建立非傳輸型井式直流電漿火炬的三維暫態數學模型，並開發流場分析程式碼。本研究的火炬長690 mm，火炬半徑11 mm，模擬分析工作壓力為1大氣壓條件下，流量範圍為100 SLM至200 SLM間以及工作電流為100 A至200 A 間的空氣電漿火炬特性，並假定陰極弧根以1000 Hz頻率環繞火炬內壁移動。本研究利用迴歸分析計算結果顯示電弧長度正比於工作電流的-1.008次方以及入流流量的0.295次方；出口平均軸向速度正比於工作電流的-0.754次方以及入流流量的1.691

次方；出口平均旋向速度正比於工作電流的-2.061次方以及入流流量的3.491次方；出口平均溫度正比於工作電流的-0.415次方以及入流流量的0.427次方。