探討以LPSCF 作為SOFC 之陰極材料時，陰極端的LPSCF/8YSZ間的極化電阻(Rp)是用電 解 質 支 撐 的LPSCF/8YSZ/Pt 半 電 池 試 片 ， 以 交 流 阻 抗 分 析 儀 量 測 。 圖 4-22 為 (La1-zPrz)0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ 於不同Pr 含量下ASR隨溫度的變化，可以看出其ASR 值是隨 著溫度的增加而減少，這是因為離子導電率及催化性會隨著溫度的增加而增加，使整體的 極化電阻減少，故ASR 值會隨著操作溫度的增加而減少。圖4-23 所示，以摻雜量Pr = 0 與 0.3 時可以獲得在650oC～800oC最佳的ASR 值，如表4-3 所示，由文獻[13]可知，LSCF 之
離子導優於PSCF，故PSCF 的O相越多則推斷其離子導會隨著降低，故Pr 含量從0 到達0.1 時ASR 會增加的原因為離子導降低所導致的因素，離子導持續降低但是PSCF 相的催化性 的效應並沒有明顯的發生，故Pr 含量從0 到達0.1 之間ASR 會增加的原因，但隨著PSCF 相的增加整體的催化性效應開始發酵，到達0.3 時達到最佳的催化性與離子導的匹配，但 隨著PSCF 相的增加導致離子導持續降低，催化性的增加無法補償離子導的減少，故Pr 超 過0.3 後會持續的增加ASR值。鐠元素添加到0.3 時為最佳的極化阻抗值，與LSCF 比較
之，發現在700oC、750oC的極化阻抗優於LSCF，在其他的操作溫度下極化阻抗值相近，這 符合當初的評估，在降低過電壓與TEC 值時，並沒有嚴重降低原本材料性能。圖4-22 (La1-zPrz)0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ 不同Pr 含量下極化電阻ASR值隨溫度的變化
圖4-23 不同Pr元素含量下操作溫度為600oC～800oC之陰極極化電阻ASR值
表4-3 (La1-zPrz)0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (z = 0,0.3) 在不同操作溫度下之極化電阻ASR值
圖4-24 為(La0.7Pr0.3)0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ 在操作溫度600oC～800oC下之交流阻抗圖譜，圖中 阻抗圓弧，根據文獻[29]可知與陰極電化學反應相關，故假設等效電路做交流阻抗圖譜模 擬，區分出高頻與低頻係數，由一個高頻區域半徑較小的半圓弧與低頻區域半徑較大的半 圓弧所組成，這說明了在整個陰極反應過程中，至少含有兩個主要的反應程序，根據Ven Heuveln、Bouwmeesterm[7]與Leng[54]等人的研究指出，高頻區域所感應的半圓弧來自於吸 附氧原子電荷轉移所造成的極化阻抗，而低頻區域所感應的半圓弧則來自於電極表面氧分 子的吸附與氧離子擴散所造成的極化阻抗。
基於此論點，所有的交流阻抗圖譜可以圖4-25 之等效電路圖分析之，由塊電阻R1(Bulk resistance)及R2 與C1 並聯、R3 與CPE1 並聯，這三個部分串聯而成，其中R1 表示所量 測迴路中所有的歐姆阻抗(包含:電極的歐姆電阻、電解質的歐姆電阻、電極與電解質介面間 的接觸電阻和電極與電流收集層(Current collector)的接觸電阻))；R2 與C1 則分別為電荷轉
移(Charge-transfer)過程中所形成的電雙層(Double-layer)之電容與電阻；R3 與CPE1 則為電 極表面氧分子的吸附/脫附及氧離子擴散過程所貢獻[7]，模擬結果繪於圖4-26。分析交流阻 抗圖譜，可以發現在陰極反應過程中電極表面氧分子的吸附/脫附與氧離子擴散所形成的極 化阻抗溫度 成份與極化阻抗值遠大於電荷轉移所形成的極化阻抗。
圖4-24 (La0.7Pr0.3)0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ/8YSZ/Pt 三極式半電池之交流阻抗圖 (a)600oC (b) 650
oC (c) 700 oC (d)750 oC (e) 800 oC。
圖4-25 等效電路模擬圖
(a) (b)
(c) (d)
(e)
由圖4-24 中600oC～800oC的交流阻抗分析圖形中可以看出由最少兩個圓弧所組成，在 600oC時低頻區的圓弧會大於高頻區的圓弧，這是因為低頻區的圓弧代表著氧分子、氧原子 的吸附與脫附及氧離子的阻抗值，高頻區代表著電荷轉移過程的阻抗值，本實驗所研究的 材料為在600oC～800oC時其導電率會隨著溫度增加而下降，但離子導與催化性是隨著溫度 的增加而增加，故在600oC時高頻的圓弧會小於低頻的圓弧，但隨著溫度的增加低頻圓弧會 大量的減小，而高頻圓弧縮減的幅度遠小於低頻圓弧，故在高溫時高頻與低頻的圓弧大小 差異度會減少。
圖4-26 (La0.7Pr0.3)0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ/8YSZ/Pt 三極式半電池之等效電路模擬交流阻抗圖 (a) 600oC (b) 650oC (c) 700oC (d)750oC (e) 800oC，方型黑點為實驗數據，直線為模擬曲線。
(a) (b)
(c) (d)
(e)