圖 4-20 是操作條件為陽極過電位 0.01V，孔隙率 0.4，一氧化碳
濃度100 ppm，到達穩態時，觸媒層厚度與電流密度之關係圖。從圖
中可以發現，當孔隙率越大時，電池性能越好，不過這個現象在這個 時候並不明顯，孔隙率 0.3~0.5，下降的電流密度比率，只差大約6 %， 推測是因為電池的毒化程度嚴重，白金幾乎被一氧化碳所覆蓋，因此 看不出明顯的差異。圖4-21是操作條件為陽極過電位0.01V，孔隙率 0.4，一氧化碳濃度 50 ppm，到達穩態時，觸媒層厚度與電流密度之 關係圖。這個時孔隙率 0.3~0.5，下降的電流密度比率，相差大約9 %， 同樣孔隙率對於性的影響不太明顯。圖 4-22 是操作條件為陽極過電
位0.01V，孔隙率0.4，一氧化碳濃度10 ppm，到達穩態時，觸媒層
厚度與電流密度之關係圖。在這裡可以明顯看出差別，這個時孔隙率
0.3~0.5，下降的電流密度比率，相差大約 19 %，這個時候由於毒化
程度較輕微，而且由於一氧化碳的莫耳分率低，在白金表面的覆蓋率 有限，因此當孔隙率加大時，可有效地幫助氫氣快速地進入電池內部 反應，產生較大的電流密度，因此在通入低濃度的一氧化碳雖然對電 池有不良的影響，可是加大孔隙率卻可以改善此現象。
表4-1 基本操作參數
參數 符號 值
電池溫度 T 353 K
陽極壓力 P 3 atm
開迴路電壓 U o 1.23 V [26]
傳輸係數 α 0.5 [26]
氫氣化學計量數 sH2 0.5 [26]
氫氣反應之電子數 nH2 1 [26]
氫氣擴散係數 DH2 2.59*10-6 cm2/s [26]
每單位一氧化碳所影響的範圍 λ 4 – 6 [29]
氫氣吸附速率常數 kfH0 100 A/cm2atm 氫氣脫附速率常數 bfH 0.5 氫氣電化學反應速率常數 keH 4 A/cm2
一氧化碳吸附速率常數 kfCO 10 A/cm2atm 一氧化碳脫附速率常數 bfCO0 1.51*10-9 atm 一氧化碳電化學反應速率常數 keCO 1*10-8 A/cm2
一氧化碳吉柏氏自由能 ( )
RT GCO
δ ∆ 6.8 [29]
氫氣活化能 ( )
RT EH
δ ∆ 4.6 [29]
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
C
H2/ C
in圖4-1 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度 0 ppm， 觸媒層內氫氣濃度之穩態分佈圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
θ
H圖4-2 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度 0 ppm， 觸媒層內氫氣覆蓋率之穩態分佈圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.4 0.8 1.2
i ( A / c m
2)
圖4-3 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度 0 ppm， 觸媒層內電流密度之穩態分佈圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
C
H2/ C
int = 1 sec t = 1 0 0 sec t = 3 0 0 sec t = 5 4 1 sec
圖4-4 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度100 ppm，觸媒層內氫氣濃度分佈隨時間之變化圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
C
CO/ C
int = 1 sec t = 1 0 sec t = 3 0 0 sec t = 5 4 1 sec
圖4-5 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度100 ppm，觸媒層內一氧化碳濃度分佈隨時間之變化圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
θ
Ht = 1 sec t = 1 0 0 sec t = 3 0 0 sec t = 5 4 1 sec
圖4-6 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度100 ppm，觸媒層內氫氣覆蓋率分佈隨時間之變化圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
θ
COt = 1 sec t = 1 0 sec t = 1 0 0 sec t = 5 0 0 sec t = 5 4 1 sec
圖4-7 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度100 ppm，觸媒層內一氧化碳覆蓋率分佈隨時間之變化圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.4 0.8 1.2
i
H2( A / c m
2)
t = 1 sec t = 1 0 0 sec t = 3 0 0 sec t = 5 4 1 sec
圖4-8 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度100 ppm，觸媒層內氫氣產生之電流密度分佈隨時間之變化圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10
0 2x10
-84x10
-86x10
-88x10
-8i
C O( A / c m
2)
t = 1 sec t = 1 0 0 sec t = 3 0 0 sec t = 5 4 1 sec
圖4-9 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，CO濃度100 ppm，觸媒層內CO產生之電流密度分佈隨時間之變化圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
C
H2/ C
inCO 10 ppm CO 25 ppm CO 50 ppm CO 100 ppm
圖 4-10 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，不同CO濃度 下，觸媒層內氫氣濃度之穩態分佈圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
C
CO/ C
inCO 10 ppm CO 25 ppm CO 50 ppm CO 100 ppm
圖 4-11 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，不同CO濃度 下，觸媒層內CO濃度之穩態分佈圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
θ
HCO 10 ppm CO 25 ppm CO 50 ppm CO 100 ppm
圖 4-12 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，不同CO濃度 下，觸媒層內氫氣覆蓋率之穩態分佈圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
θ
COCO 100 ppm CO 50 ppm CO 25 ppm CO 10 ppm
圖 4-13 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，不同CO濃度 下，觸媒層內CO覆蓋率之穩態分佈圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8
i ( A / c m
2)
present results CO 10 ppm CO 25 ppm CO 50 ppm CO 100 ppm Oetjen et al. [36]
CO 25 ppm CO 50 ppm CO 100 ppm Wang et al. [32]
CO 10 ppm CO 100 ppm
圖 4-14 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，不同CO濃度 下，觸媒層內電流密度之穩態分佈圖。
0 200 400 600 800 1000
Cco ( ppm )
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
i ( A / c m
2)
圖4-15 操作條件為η a = 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，到達穩態時，
觸媒層內CO濃度與電流密度之關係圖。
0 200 400 600 800 1000
Cco ( ppm )
0 400 800 1200 1600
t
ss( se c )
圖4-16 操作條件為η a = 0.01V，ε c = 0.4，L c = 10µm，到達穩態時，
觸媒層內CO濃度與到達穩態時間之關係圖。
0 4 8 12 16
Lc ( µm )
20 0
0.2 0.4 0.6 0.8
i ( A / c m
2)
CO 10ppm CO 25ppm CO 50ppm CO 100ppm
圖 4-17 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，L c = 20µm，不同CO濃度 下，觸媒層內電流密度之穩態分佈圖。
5 10 15 20 25 3
ACL Thickness ( µm )
0 0.4
0.5 0.6 0.7 0.8
i ( A / c m
2)
圖4-18 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，CO濃度 10 ppm，到達穩 態時，觸媒層厚度與電流密度之關係圖。
5 10 15 20 25 3
ACL Thickness ( µm )
0 1200
1600 2000 2400 2800
t
ss( se c )
圖4-19 操作條件為η a= 0.01V，ε c = 0.4，CO濃度 10 ppm，觸媒層 厚度與到達穩態所需時間之關係圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
i ( A / c m
2)
ε
c = 0.5ε
c = 0.4ε
c = 0.3圖4-20 操作條件為η a = 0.01V，CO濃度100 ppm，不同ε c下，到達 穩態時，觸媒層距離與電流密度之關係圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
i ( A / c m
2)
ε
c = 0.5ε
c = 0.4ε
c = 0.3圖4-21操作條件為η a= 0.01V，CO濃度50 ppm，不同ε c下，到達穩 態時，觸媒層距離與電流密度之關係圖。
0 2 4 6 8
Lc ( µm )
10 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1
i ( A / c m
2)
ε
c = 0.5ε
c = 0.4ε
c = 0.3圖4-22操作條件為η a= 0.01V，CO濃度10 ppm，不同ε c下，到達穩 態時，觸媒層距離與電流密度之關係圖。
五、結論與建議
目前一氧化碳毒化造成電池性能的衰退在實驗上已受到證實，如 果在數學模式上的建立能夠準確的預測電池性能，那未來應用電腦模 擬運算上將會使得燃料電池的發展更有效率。
本文的計算的區間主要是陽極觸媒層(一氧化碳毒化的主要區 域)，並結合厚度與暫態效應，將 Wang等人的文章[21]做更進一步的 延伸，希望能藉由本文的結果，提供未來在發展一氧化碳毒化之全電 池模式時，作為拓展的基礎。