Abstract
本論文以多尺度模擬設計中低溫平板型微固態氧化物燃料電池堆系統，結合分子動態模擬(Molecular dynamics)與計算流體力學(Computational fluid dynamics)。分子動態模擬用來求出固態氧化物燃料電池電解質的最佳摻雜濃度，而且此固態電解質能夠在中低溫操作下仍具有良好離子傳導性能。本論文針對中低溫型固態電解質氧化釤-鈰固態電解質(samarium-doped ceria)與氧化釓-鈰固態電解質(gadolinium-doped ceria)比較傳統型釔安定化氧化鋯(yittria-stablized zirconia)固態電解質在中低溫下的性能表現。透過分子動態模擬探討摻雜濃度與操作溫度對於固態電解質中離子傳導率的影響，以及利用計算流體力學合併電化學反應方程式研究中低溫平板型微固態氧化物燃料電池堆性能。 利用分子動態模擬，可以觀察氧離子在電解質內的傳遞現象，係藉由氧空洞的位置進行不連續性的動態傳遞，從分子動態模擬結果中得知，釤-鈰固態電解質與氧化釓-鈰固態電解質存在一最佳摻雜濃度。受到溫度影響，固態電解質內離子遷移性在較高溫時其傳導率越佳。最後，比對實驗結果證明分子動態模擬結果與實驗數據具有良好的匹配性。 利用多尺度模擬，進行中低溫平板型微固態氧化物燃料電池堆性能研究，由計算流體力學合併電化學反應方程式針對不同固態電解質與進氣岐管設計進行電池性能差異研究。在873K中低溫平板型微固態氧化物燃料電池堆系統使用氧化釤-鈰固態電解質能獲得較高的性能，相較於傳統型釔安定化氧化鋯固態電解質在中低溫操作環境下電池性能表現較差。為了改善中低溫平板型微固態氧化物燃料電池堆系統性能，利用新設計的進氣岐管來改善氣體利用率，由電池性能模擬結果顯示，此新型進氣岐管設計確實能夠獲得較高的電池性能。