Abstract
追求安靜無污染的能源開發是現今全世界在能源方面所致力研究的方向。在燃料電池的領域中，固態氧化物燃料電池(SOFC)是目前效率最好的一種，可塑性高且不會有滲漏腐蝕的問題，但由於必須在高溫之下操作，因此其組成元件有一些材料上的限制。本研究針對SOFC陰極材料方面，進行反應機構的探討及材料的改良。目前被認為最佳的陰極材料為鉑(Pt)，但此僅止於學術研究上的探討，並不適用於實際上長時間的操作。較常用來取代Pt的是一種屬於 pervoskite型態的LaSrMO(M=Mn、Co、Fe、Cr)氧化物。而本研究所探討的氧化銅(CuO) 是一種結構簡單且價格便宜的過渡金屬氧化物。利用實驗上所得電流-過電位的關係、數學模式的推測以及實驗的技巧來分析CuO的反應機構，並且以CuO和其他物質利用刷塗（pasting）、含浸以及摻入 (doping)的方式相結合，來增強原有CuO的陰極特性。由研究的結果得到：CuO 電極在低過電位時，電子轉移是主要的限制步驟；而在高過電位時，吸附則為主要的限制步驟。於是針對分析的結果，將CuO電極進行材料上的改良，來增加CuO電子轉移以及吸附氧的能力。結果發現只要在CuO 的電極表面上刷塗一層有利於電荷轉移或氧吸附的物質(如Pt、NiO、Ag等)，即可提昇原有CuO材料的陰極特性。另一方式，就是增加CuO 的氧空洞。因為氧空洞增加有利於電荷轉移及吸附氧的能力，亦可提昇原有CuO 的性質。因電荷轉移的步驟，必須在電化學反應活性位(electrochemical reactionsite，簡稱ers)上進行，於是本研究再利用酸洗的方式處理固態電解質(YSZ)，實驗結果證實電流會因電化學反應活性位的增加而提升。