高效能質子傳輸型固態氧化物燃料電池之關鍵電解質技術開發

電解質位於質子傳輸型固態氧化物燃料電池陰、陽極間，負責連結兩極與傳遞質子 的作用，故電解質材料對於質子傳輸型固態氧化物燃料電池之整體發電效率等性能表現 扮演著極為關鍵的角色。根據現有文獻報導，摻雜低價元素(如：鉀、釔、釓、銦等)可 增加固態氧化物電解質氧空缺，有效提升電解質導電度，但若摻雜過多低價元素將造成 材料晶格扭曲，進而降低晶格或微結構穩定性，反使電解質導電度下降。本計畫將利用 微波技術輔助本實驗室所獨創之溶膠-凝膠結合成份交換法(microwave-assisted sol-gel combined with composition-exchange method)，製備應用於質子傳輸型固態氧化物燃料電 池之關鍵電解質材料，針對所開發之新型電解質的微結構緻密度、燒結性、化學穩定性、 相均勻性及質子導電度進行深入研究，並驗證將其應用於質子傳輸型固態氧化物燃料電 池之元件性能，實現量產可能性。目前本實驗室已驗證溶膠-凝膠結合成份交換法在低 鉀摻雜濃度下，可有效提高固態氧化物電解質(Ba1-xKxCe0.6Zr0.2Y0.2O3-，x~0.1)的質子導 電度與高溫穩定性，本計劃將進一步突破傳統製程之鉀摻雜濃度極限，製備出高質子導 電度之高鉀摻雜濃度電解質材料，並深入探討其基本物性與整合於單電池後之元件性能 表現。同時，本計畫亦將利用靜電紡絲技術製備高催化活性固態氧化物合電解質-陽極 複材料，以增加陽極與電解質之接觸表面，增加三相邊界(TPB)，進而提升整體電池之 效率，冀望未來此技術可廣泛應用於各種新型質子傳輸型固態氧化物燃料電池系統。