就目前的現況而言，設施，亦即使用現有的天然氣供應系統，經 由定置型之 PEM 燃料電池，多使用現有的基礎環境重組器來產生氫 氣，重組器重組程序如圖2-1 所示。圖 2-2 為燃料電池動力系統程序 圖[29]。然而經由重組器產生出來的氣體會產生約 74%的氫氣、25%
的二氧化碳以及含有 1~2%的一氧化碳[31]。經由一選擇性的氧化過 程，可以使一氧化碳濃度降到約 2~100 ppm，但即使如此亦會造成嚴 重的一氧化碳毒化。早在1988 年 Gottesfeld and Pafford[32] 就已做出 實驗證實，一氧化碳影響電池性能衰退的機制，在於毒化陽極觸媒層 內之白金，一氧化碳會與白金形成穩定之鍵結，造成氫氣可以利用之 空間減小，且由於一氧化碳幾乎不會產生電流密度，因此一旦氫氣的 使用率下降，將直接會影響到電池的發電量，而其解決的發法，是在 電池被毒化的過程當中加入 1~4%的氧氣到陽極的燃料中，這樣的方 法可以有效地減緩一氧化碳毒化，也就是所謂的空氣吹離法。
在1987 年 Dhar et al. [33]發展一套經驗公式，可以用來量測半電 池中的一氧化碳覆蓋率，主要是探討磷酸燃料電池在不同的溫度及不 同的一氧化碳濃度下其電池性能受一氧化碳毒化的情形。發現一氧化 碳的覆蓋率在不同的溫度之下，會和ln[CO]/[H2]呈線性關係。
直到2001 年 Springer et al. [22]由化學反應的角度，首先提出描 述一氧化碳毒化的數學模式，方程式中描述了當陽極所通入的氣體同 時存在氫氣與一氧化碳時，在觸媒表面會受到吸附、脫附以及電化學 反應之影響，並假設二氧化碳及氮氣為鈍氣，不會參與觸媒表面的化
學作用，其化學反應式如(2-1)~(2-4)式。而 2004 年 Janssen[27]引用 Springer et al. [22]的一氧化碳毒化數學模式，並加入二氧化碳的毒化 效應，其中二氧化碳的毒化來源主要是來自於逆向水氣轉移反應 (Reverse water gas shift reaction，RWGS)，其化學式如(2-5)式，可以 視作(2-4)式的逆反應。
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⎟ 項及第二項所乘上的指數函數為引用Li and Baschuk[10]對 Springer et al. [24]的一氧化碳毒化所做的修正，差別在於 Springer et al. 對一氧 化碳的吸附及脫附項所採用的是較簡單的Langmuir kinetics，而 Li and Baschuk 所採用的是 Temkin kinetics，兩者之間的差別在於 Langmuir model 沒有計算先前已經吸附的一氧化碳對吸附過程所造成的影響。在數學模式發展出來之後，Springer et al.開始尋找適當之反應速率常 數，為的是要與實驗現象相符合，在過程中，Springer et al.又更進一 步發現，氫氣吸附的速率常數與一氧化碳脫附的速率常數與一氧化碳 在觸媒表面的覆蓋率有關，因此更準確的與實驗值相符合，在往後的 研究當中成為了一氧化碳毒化的理論模式基礎，如 2004 年，Wang 等人[24]，所解出之暫態現象即是引用 Springer et al. [24]，所發展出 來的數學模式。
本文主要研究的範圍為陽極觸媒層，除了加入二氧化碳毒化數學 模式，在一氧化碳的吸附及脫附項則採用Temkin model，並且加入暫 態的效應，且考慮觸媒層厚度的效應。由於加入了厚度的效應，因此 電流密度的求解不能單純的引用 Springer et al.在覆蓋率方程式中之
電流密度項，而且傳統解純氫氣之Bulter-Volmer 方程式也不再適用，
必須對覆蓋率與白金單位體積所含有之面積去進行修正，計算出電流 密度之分布情形，希望在未來能作為拓展成一氧化碳毒化之全電池模 式的數學基礎。