chapter 3 燃料电池的操作电压.ppt

3.6 歐姆損失 壓降的大小與電流呈現一簡單的比例關係: V = I R 我們使用一個新符號 r (area specific resistance or ASR) V = i r 單位 i : r : 3.7 質量傳輸及濃度損失效應 極限電流(Limiting current density)的定義：  當電池的燃料反應完後， 此時電流密度的值 將所有對性能造成阻抗的因素用方程式表示如下： 3.9 電雙層 等效電路圖 3.10 區別不同的可逆性 因為電荷在電解液及極板交界附近為儲存電荷及能量，行為類似電路中的電容，因此可在等效電路中利用電容模擬 charge double layer 的行為。 ε:electrical permitivity A :surface area d :the separation of the plates. 電阻器Rr為模擬 ohmic losses 電阻器Ra為模擬 activation overvoltage * * Chapter 3 燃料電池的操作電壓 3-1 簡介 3-2 影響性能的要素 3-3 燃料電池的不可逆性 3-4 活化損失 3-5 燃料穿越及內電流效應 3.6 歐姆損失 3.7 質量傳輸及濃度損失效應 3.8 不可逆性的結合 3.9 電雙層 3.10 區別不同的可逆性 3.1 簡介 氫燃料電池開迴路電壓之理論值： 其中，F為法拉第常數﹔ 負號代表釋放電壓﹔ 為每莫耳的Gibbs free energy變化量﹔ 2為氫燃料電池所放出的電子數。 典型單一燃料電池，操作溫度40℃，壓力在常壓下 ： 電壓-電流曲線圖之要點有： 1.實際開迴路電壓值小於理論值。 2.開始有陡險的壓降。 3.電壓降落量緩慢減少，趨近於直線。 4.在高電流密度時，會有明顯的落差量。 典型固態氧化物燃料電池，操作溫度約800℃，壓力在常壓下： 電壓-電流曲線圖之要點有： 1.開迴路電壓值略小於或相等於理論值。 2.初始壓降非常小且圖形近似於直線。 3.在高電流密度時，會有較明顯的落差量。 3.2 影響性能的要素 探討理想電壓與真實電壓的差異。 可分為以下五點來探討： 1. Overvoltage or overpotential 過電位 2. Polarisation 極化 3. Irreversibility 不可逆性 4. Losses 損失 5. Voltage drop 壓降 3.3 燃料電池的不可逆性 燃料電池在不可逆情況下，引起電壓下降四個主要因素： 1.活化損失(Activation losses) 2.燃料穿透與內部電流(Fuel crossover and internal current) 3.歐姆損失(Ohmic losses) 4.質量傳遞或濃度損失(Mass transport or concentration losses) 3.4 活化損失3.4.1 Tafel方程式 活化過電位的表示 V=A*log( ) A是常數， 在下一節有介紹； 是電流密度； 是交換電流密度 。 由上圖可知道，反應速率愈快，其電流密度愈高。 3-4-2 Tafel 方程式的係數 Tafel equation 常數A的介紹 A=RT/2αf R是氣體常數；T是絕對溫度；α是電荷傳送率；f是法拉第常數。 最後的實際電壓 V= E-A?ln( ) E是可逆的開迴路電壓。 在不同交換電流密度下，電流曲線的分布。 不同電極材料所對應的交換電流密度 活化電壓降可表示為以下形式 V=陽極活化過電位+陰極活化過電位 = *ln( / )+ *ln ( / ) =A*ln ( ) A= + and b= * 3-4-3 減少活化損失 提高電池溫度 溫度的提高可減少活化能的損失，由前面所描述的活化能公式可知。 使用更有效的催化劑 可增加反應速率，減少活化能。 增加電極粗糙度 電極粗糙度的增加可增加反應面積。 增加反應濃度 增加反應濃度，可使電池性能上升。 (參考第二章式2.9) 增加壓力 增加壓力，可使電池性能上升。 (參考第二章式2.9) 3-4-4 活化過電位的說明 在低.中溫度的燃