固態氧化物燃料電池電解質氧離子傳導分子動力模擬

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	張育瑋
論文名稱：	固態氧化物燃料電池電解質氧離子傳導分子動力模擬
指導教授：	洪哲文
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	65
中文關鍵詞：	固態氧化物燃料電池、分子動力學、燃料電池、氧離子傳導性
外文關鍵詞：	SOFC, solid oxide fuel cell, YSZ, yttria-stabilized zirconia, oxygen conduction, ionic conductivity
相關次數：	點閱：2 下載：0
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

本論文探討固態氧化物燃科電池的電解質------釔安定性氧化鋯( yttria - stablized zirconia, YSZ) 中的氧離子傳導現象。釔安定性氧化鋯是由氧化鋯(ZrO2)加入相當量的氧化釔 (Y2O3)而成，現常用來當成固態氧化物燃料電池中的電解質，如果氧離子傳導性很好的話，對整個燃料電池的效能有很大的幫助。在文獻中發現，影響這個性質的兩個最重要的因素為氧化釔濃度及電池的操作溫度。

現今的研究指出，在8mol% Y2O3下所形成的YSZ具最高的氧離子傳導性，操作溫度愈高，氧離子傳導性也就愈好。但是固態氧化物燃料電池為了能在實際狀況下應用，現今都往較低溫(600℃~800℃)的趨勢發展，這也勢必會降低電解質的氧離子傳導性，進而降低固態氧化物燃料電池的效率。為了深入探討且找出為何在8mol% Y2O3下為何有最大值，本文建立了可追蹤出氧離子空洞運動的模型，希望能藉此得到我們所需的答案。

本文所使用的研究方法為分子動力學模擬，利用微觀的模擬求得巨觀的材料性質。所使用的程式碼是利用J. M. Haile所建立起的程式碼再加以修改，修成能適用於對離子進行模擬的程式碼，對我們所設定的狀態進行模擬運算，最後再比照實驗的結果，以確定模擬的正確性。

目錄

摘要…………………………………………………………………Ⅰ
致謝…………………………………………………………………Ⅱ
目錄…………………………………………………………………Ⅲ
表目錄………………………………………………………………Ⅴ
圖目錄………………………………………………………………Ⅵ
參數定義……………………………………………………………Ⅷ
第一章 緒論…………………………………………………………1
  1-1 引言 …………………………………………………………1
  1-2 文獻回顧 ……………………………………………………1
  1-3 研究目的與方法 ……………………………………………4
第二章 分子動力學基礎理論………………………………………5
  2-1 分子動力學原理 ……………………………………………5
  2-2 分子間勢能模型(Intermolecular Potential Models)…5
  2-3 截斷勢能(Truncated potential)和長距離修正勢能(Long-      Range Correction ) ………………………………………7
    2-3-1  截斷勢能(Truncated potential )…………………7
    2-3-2  長距離修正勢能(Long-Range Correction) ………8
  2-4  週期性邊界條件(Periodic Boundary Conditions)……9
  2-5  最小影像準則(Minimum Image Criterion)……………11
  2-6  檢視平衡方式(Monitoring Equilibration) …………13
  2-7  靜電作用力 ………………………………………………14
    2-7-1  庫倫力(Coulomb Force)……………………………15
    2-7-2  Ewald Summation Method …………………………15

第三章     YSZ模型建立 …………………………………………18
  3-1  模擬流程 …………………………………………………18
    3-1-1  初始化過程(Initialization) ……………………18
    3-1-2  平衡過程(Equilibration)及產值過程(Production)19
  3-2  模型建構 ……………………………………………………20
  3-3  分子間勢能方程式(Intermolecular potential model) 21
  3-4  數值方法 ……………………………………………………21
    3-4-1  初始速度及速度修正 …………………………………22
    3-4-2  Predictor - Corrector Algorithm…………………23
    3-4-3  Neighbor list的建構方式……………………………25
    3-4-4  平均平方位移(mean square displacement)及Nernst-           Einstein relation……………………………………26
    3-4-5  徑向分佈函數(radial distribution function) …27
    3-4-6  氧離子空洞追蹤方法 …………………………………27

第四章     模擬結果與討論…………………………………………29
  4-1  參數設定及平衡狀況 ………………………………………29
  4-2  離子運動行為 ………………………………………………29
  4-3  平均平方位移(mean square displacement)及氧離子傳導性
       (ionic conductivity) ……………………………………30
  4-4  徑向分佈函數(radial distribution function) ………31
  4-5  氧離子空洞的運動狀態及分析 ……………………………33

第五章  結論…………………………………………………………35


參考文獻………………………………………………………………37

                                

1. G. V. Lewis, and C. R. A. Catlow, “Potential Models for Ionic Oxides”, Journal of Physa C, 18, p.p. 1149-1161, 1985.

2. H. W. Brinkman, W. J. Briels, and H. Verweij, “Molecular Dynamics Simulations of Yttria-Stabilized Zirconia”, Chemical Physics Letters, 247, p.p.386-390, 1995.

3. T. P. Perumal, V. Sridhar, K. P. N. Murthy, K. S. Easwarakumar, and S. Ramasamy, “Molecular Dynamics Simulations of Oxygen Ion Diffusion in Yttria-Stabilized Zirconia”, Physica A, 309, p.p.35-44, 2002.

4. X. Li, and B. Hafskjold, “Molecular Dynamics Simulation of Yttria-Stabilized Zirconia”, Journal of Physics: Condensed Matter, 7, p.p.1255-1271, 1995.

5. Y. Yamamura, S. Kawasaki, and H. Sakai, “Molecular Dynamics Analysis of Ionic Conduction Mechanism in Yttria-Stabilized Zirconia”, Solid State Ionics, 126, p.p.181-189, 1999.

6. C. A. J. Fisher, and H. Matsubara, “Molecular Dynamics Investigations of Grain Boundary Phenomena in Cubic Zriconia”, Computational Materials Science, 14, p.p.177-184, 1999.

7. T. Tojo, H. Kawaji, and T. Atake, “Molecular Dynamics Study on Lattice Vibration and Heat Capacity of Yttria-Stabilized Zirconia”, Solid State Ionics, 118, p.p.349-353, 1999.

8. N. Sawaguchi, and H. Ogawa, “Simulated Diffusion of Oxide Ions in YO1.5-ZrO2 at High Temperature”, Solid State Ionics, 128, p.p.183-189, 2000.

9. J. M. Haile, “Molecular Dynamics Simulation Elementary Methods”, JOHN WILEY & SONS, 1992.

10. A. Y. Toukmaji, and J. A. Board Jr, “Ewald Summation Techniques in Perspective: A Survey”, Computer Physics Communications, 95, p.p.73-92, 1996.

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文