圖 4-1、4-2、4-3，操作條件為陽極過電位 0.01V，孔隙率 0.4， 觸媒層厚度10µm，一氧化碳 0 ppm，觸媒層內氫氣濃度、氫氣覆蓋 率、電流密度的穩態分佈圖。圖中左側起點，為陽極氣體擴散層與陽 極觸媒層之邊界，右邊則為陽極觸媒層與薄膜之交界處。三張圖作為 陽極觸媒層還未受到一氧化碳毒化的一般情形，從圖4-3 可看出，電 池在穩態時的電流密度約為1.02 A/cm2 ，在這種高電流密度之下，由 於反應速率快，因此，氫氣也消耗得也特別快速，從圖 4-1可以看出，
距離觸媒層入口1.5µm處，氫氣已幾乎消耗殆盡，因此氫氣覆蓋在觸 媒表面的分佈，也集中在距離觸媒層入口與距離 1.5µm之間，由於在 觸媒層入口處，氫氣的濃度最高，因此最大覆蓋率也發生在此處，約 0.85。
當電池啟動時，如果通入的重組氣體中含有一氧化碳，將對電池 性能造成衰退，以下將探討本文中所計算出來的結果。
圖4-4~4-9 操作條件為陽極過電位0.01V，孔隙率0.4，觸媒層厚 度10µm，一氧化碳濃度 100ppm，觸媒層內氫氣與一氧化碳之濃度、
覆蓋率以及電流密度分佈隨時間之變化圖。與圖4-1~4-3 未受污染的
結果比較可發現，當一氧化碳濃度為100ppm 時，直接所造成的影響，
是白金覆蓋率的改變，由於一氧化碳比氫氣更容易與白金形成穩定的 鍵結，不易發生起電化學反應產生電流，因此一氧化碳會一直慢慢累 積在白金表面，造成氫氣所產生出來的電流密度下降，由圖 4-4與4-5 氫氣與一氧化碳之濃度分佈隨時間之變化圖可看出，原本在未受毒化 之前，如圖4-1所示，氫氣在距離觸媒層入口約 1.5µm即消耗殆盡，
而且覆蓋率集中在入口與1.5µm之間，如圖4-2所示。可是一旦有一 氧化碳進入觸媒層，一氧化碳便開始與氫氣搶奪觸媒，一氧化碳吸附 在白金表面的量，與一氧化碳擴散到觸媒表面的速度以及濃度有關，
擴散速度越快、濃度越高則吸附量越多。由於的一氧化碳分子量比氫 氣大，擴散速度慢，因此一開始的幾秒鐘，似乎不受毒化的影響，可 是一旦一氧化碳擴散到白金表面，就會穩固地吸附在白金表面，如圖 4-7 所示。隨著時間經過，一氧化碳所累積的覆蓋量越來越多，使得 氫氣只能與剩餘的觸媒表面積作用，隨著一氧化碳在觸媒表面的累 積，氫氣覆蓋率隨時間下降，如圖4-6所示。當氫氣與觸媒的反應面 積減少時，氫氣的消耗程度反而不如未受污染的時候來的快，因此多 餘的氫氣會往觸媒層與薄膜交界處擴散，去尋找可以發生反應的區 域，如圖4-4所示。而一氧化碳的消耗量少幾乎沒有什麼損耗，主要 是因為一氧化碳吸附在白金表面後，脫附與電化學反應的消耗量少，
因此會造成在觸媒層內累積的現象，如圖 4-5所示。從電流密度分佈 來看圖4-8、4-9，氫氣與一氧化碳電化學反應所產生之電流量，一氧 化碳小到可以忽略不計，因此可以斷定電流密度主要是由氫氣的反應 所產生，因此在往後討論中，將不再考慮一氧化碳所產生之電流密 度。換言之，一旦氫氣與白金反應的表面積減少，那產生之電流密度 即會相對減小。
從圖 4-6、4-8，也可以看出氫氣覆蓋率的最大值由 0.85 降到 0.145，電流密度也從 1.02 A/cm2 降到 0.26 A/cm2，下降約74.45 %， 另外到達穩態的時間也因為爭奪白金表面積的關係，由 1 秒拉長到 541秒。在反應的過程中，覆蓋率的改變影響到達穩態的時間，而覆 蓋率的變化主要取決於觸媒表面的一氧化碳濃度與擴散速度，由於一 氧化碳的擴散速度慢，因此一氧化碳需要較長的時間才會到達觸媒表 面，可是一旦一氧化碳與觸媒接觸後，一氧化碳與白金將會形成穩定 的鍵結，然後逐漸累積在白金表面，因此當通入的一氧化碳濃度越 高，白金表面被覆蓋的速度越快，到達穩態的時間越短。
圖 4-10 是操作條件為陽極過電位 0.01V，孔隙率 0.4，觸媒層厚 度 10µm，在不同的一氧化碳濃度下，觸媒層內氫氣之穩態分佈圖。
隨著一氧化碳 濃度上升，毒化現象趨於嚴重，造成氧氣的使用率下 降，使得多餘的氧氣往觸媒層內部擴散。圖 4-11 是操作條件為陽極
過電位0.01V，孔隙率0.4，觸媒層厚度10µm，在不同的一氧化碳 濃
度下，觸媒層內一氧化碳之穩態分佈圖。一氧化碳濃度會在觸媒層內 逐漸累積，主要是因為一氧化碳的消耗是由一氧化碳在白金表面吸 附、脫附與電化學反應有關，由於從一氧化碳與白金產生穩定的鍵 結，因此一氧化碳在吸附之後不易產生脫附與電化學反應之現象，因 此一氧化碳的消耗量少，當一氧化碳通入的濃度越低，相對的消耗掉 的一氧化碳濃度也比較高。圖4-12是操作條件為陽極過電位0.01V， 孔隙率0.4，觸媒層厚度10µm，在不同的一氧化碳濃度下，觸媒層內 氫氣覆蓋率之穩態分佈圖。圖4-13是操作條件為陽極過電位0.01V， 孔隙率0.4，觸媒層厚度10µm，在不同的一氧化碳濃度下，觸媒層內 一氧化碳覆蓋率之穩態分佈圖。氫氣的覆蓋率隨著一氧化碳濃度的上 昇而下降，由(2-9)、(2-10)式可以知道，氫氣與一氧化碳在白金表面
的覆蓋率，與本身的莫耳分率有關，因此當通入的一氧化碳莫耳濃度 下降，會造成觸媒層內，一氧化碳的覆蓋率分佈的整體下降，而在觸 媒層內，一氧化碳覆蓋率有從入口外內部遞增的現象，主要是因為入 口處是給予固定氣體濃度之邊界條件，在入口處由於氫氣與一氧化碳 分率固定，而且氫氣的分率始終大於一氧化碳，因此到達穩態時，一 氧化碳在入口處之覆蓋率上升有限，往觸媒層內部，由於氫氣受到電 化學反應的消耗，造成一氧化碳分率的相對提升，增加了一氧化碳在 白金表面覆蓋的比率。
圖 4-14 是操作條件為陽極過電位 0.01V，孔隙率 0.4，觸媒層厚 度 10µm，在不同的一氧化碳濃度下，觸媒層內電流密度之穩態分佈 圖。由於電流密度主要是由氫氣發生電化學反應時所產生，而在發生 電化學反應之前，氫氣必須先吸附在白金表面，因此當白金表面有一 氧化碳覆蓋時，氫氣可以反應的面積減小，自然影響到所產生的電流 密度，造成電池性能的下降。圖中所標的點，是從 2004年Wang等人 [32]與 1996 年Oetjen等人[36]之極化曲線中，找出未受毒化之電流密
度值(約1A/cm2)作為基準，然後將相對應不同一氧化碳濃度毒化過後
之電流密度值找出。為了讓計算結果與實驗值相符合，本文主要是調 整速率常數，讓理論值逼近實驗值。本文之結果，在電池未受毒化之 前，由圖4-3 可看出，電流密度約1.02 A/cm2，可是當通入的一氧化 碳濃度到達10 ppm時，電流密度為0.697 A/cm2 (Wang等人[32]之結 果約為0.72A/cm2)，下降了39.7%，一氧化碳濃度到達 25 ppm時，電 流密度為0.487 A/cm2 (Oetjen等人[36]之結果約為 0.45A/cm2)，下降了 52.4%，一氧化碳濃度到達 50 ppm時，電流密度為 0.365 A/cm2 (Oetjen 等人[36]之結果約為 0.38A/cm2)，下降了 64.3%，一氧化碳濃度到達 100 ppm時，電流密度為 0.262 A/cm2(Oetjen等人[36]之結果約為
0.22A/cm2)，下降了74.7%。圖4-15是操作條件為陽極過電位0.01V， 孔隙率0.4，觸媒層厚度10µm，到達穩態時，觸媒層內一氧化碳濃度 與電流密度之關係圖。從圖中可以發現，隨著一氧化碳濃度的上升，
毒化現象趨於嚴重，但是下降電流密度的量，有減緩的趨勢，最主要 是因為一氧化碳在白金表面的覆蓋率見漸趨於飽和，必須加入更多的 一氧化碳，才能使其附著在白金的表面。圖 4-16 是操作條件為陽極
過電位0.01V，孔隙率0.4，觸媒層厚度10µm，到達穩態時，觸媒層
內一氧化碳濃度與到達穩態時間之關係圖。當一氧化碳濃度濃度越 低，由於一氧化碳擴散速度慢加上在白金表面濃度較低，使得一氧化 碳不易附著於白金表面，因此所需要到達穩態的時間越長。