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									     燃料電池實驗課題庫

1. 寫出PEMFC之陽極的電化學反應
答: H2 → 2H+ + 2e-

2. 寫出PEMFC之陰極的電化學反應
答: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

3.寫出PEMFC之電化學全反應
答: 2H2 + O2 → 2H2O + 電能 + 熱能
4. 目前已知的燃料電池有哪幾種?
答: 鹼性燃料電池(AFC)、融熔碳酸鹽燃料電池(MCFC) 、
   磷酸燃料電池(PAFC) 、固態氧化物燃料電池(SOFC) 、
   質子交換膜燃料電池(PEMFC)。

5. PEMFC的主要零組件有哪些?
答: 質子交換膜、觸媒、氣體擴散層、雙極板。

6. PEMFC之電化學反應的速率決定步驟為何?
答: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
7. 三極式電化學分析法中的三極是指哪三極?
答: 工作電極(working)、參考電極(reference)、輔助電極
   (auxiliary) 。

8. 三極式電化學分析法中用來控制輸出電位的儀器為何?
答: 恆電位儀(potentiostat)

9. 在燃料電池半電池測試分析時,用來取代氫氣以提供
   氫離子的溶液為何?
答: 1 M的H2SO4溶液
10. 參考電極的作用為何?
答: 用於幫助恆電位儀量測工作電極之電位的工具。

11. 參考電極的特性為何?
答: 具有電化學反應電位相當穩定的特性。

12. 輔助電極的作用為何?
答: 用來形成完整的電化學反應迴路。
13. 輔助電極的特性為何?
答: 本身並不會與電解質溶液發生反應,僅提供電子流通
   的路徑。

14.在燃料電池半電池測試分析中,交流阻抗頻譜儀的作
   用為何?
答: 可發出交流訊號,使原本恆電位儀所供給半電池測試
   製具的穩定電場產生不同頻率的振幅訊號,其頻率與
   振幅都可透過交流阻抗頻譜儀來設定,透過電化學反
   應中的電子對不同頻率所產生響應訊號,可以分辨半
   電池中各組成元件的表面反應與本質阻抗。
15. 在交流阻抗分析中,是以哪三種實際電子元件的串、
   並聯來模擬等效電路(Equivalent Circuit )?
答: 電阻、電容、電感。

16. 在燃料電池分析時,為何需要經過一長時間的活化反
   應才能使PEMFC的效能達到最佳化?
答: 質子交換膜主要是利用極性水分子來帶動氫離子,因
   此在PEMFC反應時,帶有飽和水蒸氣的燃料(氫氣or氧
   氣)需要一段時間來使將質子交換膜充分濕潤,如此
   PEMFC才能顯示出最佳化的效能。
17. 相較於燃料電池全電池分析,燃料電池半電池分析有
   何優點?
答: 半電池測試可針對燃料電池之單一電極(陽極或陰極)
   提供精密且多樣化的分析,除了可以測試單一電極的
   放電效能以外,還可以分別針對燃料電池之單一電極
   的觸媒活性、電子阻抗、離子阻抗、腐蝕性質…等作
   測試,故可幫助研發人員有效地分析燃料電池中某單
   一元件(質導膜、觸媒、碳電極材、雙極板)的性質。

18. 相較於石墨雙極板,金屬雙極板具有哪些優點?
答: 成本低、易加工、機械強度大、氣密性高與電阻小。
19. 請問PVD之全名?
答: 物理氣相沉積法(physical vapor deposition)

20.請問CVD之全名?
答: 化學氣相沉積法(chemical vapor deposition)

21. 什麼是電漿? 請簡單定義之。
答: 一團帶電荷的氣体分子,其正電荷(通常為正離子)
   和負電荷(通常為電子)總數約略相等,整體呈電中
   性。
22. 請簡述電漿形成的過程?
答: 當電源供應器施加一高壓電場於一真空低壓系統中的
  兩個相對電極板上時,此時存在於氣體中極微量的游
  離電子受到高壓電場的加速,進而碰撞氣體原子或分
  子,使受到碰撞的氣體原子或分子發生激發或原子離
  子化的現象,因而形成電漿。

23. 請簡述濺鍍(sputtering)的過程?
答: 在真空中,因高壓電場的加速而使具高能量的正離子
  撞擊固體表面,固體表面的原子和分子與這些高能量
  入射粒子交換動能後,從固體表面游離出來,這種現
  象稱為濺射,濺射原子到達基材表面而進行薄膜沈積
  的過程則稱為濺鍍。
24. 濺鍍原子到達基板表面形成薄膜的機制為何?
答: 在薄膜沈積的過程中濺射原子在到達基板表
  面時發生了吸附、脫附、表面擴散、成核及成
  長等過程而形成薄膜。

25. 為什麼一般在PVD鍍膜時會施加約300oC左右
  的退火處理?
答: 增加鍍膜與基板之間的黏著力。
26. 將試片置入管狀爐中退火處理時,為什麼要在Ar氣氛
   下來進行?
答: Ar為惰性氣體,可確保試片在進行退火實驗時避免氧
   化現象產生。

27. 一般材料實驗中用來精確控制氣體流量的儀器為何?
答: 質流控制器(Mass Flow Controller)

28.在進行薄膜濺鍍沉積前,為何要先進行預鍍?
答: 清除靶材表面之氧化層和殘留雜質等不純物。
29. 一標準的濺鍍製程設備應包含哪些系統?
答:真空系統、冷卻系統、電源供應系統、加熱裝置以及
   濺鍍源。

30.請問Cr與Ni佔AISI 304不鏽鋼的成分百分比為何?
答: Cr: 18% ; Ni: 8%

31. 磁控濺鍍法相較於一般濺鍍法的主要差異為何?
答: (1) 鍍率較快 (2) 靶材利用率較高。
32. 簡述磁控濺鍍的原理?
答: 於靶材(負極)表面施一外加磁場,由於電磁的交互作
   用,磁場會使負極表面形成電子的聚集處,離子會因
   受限的電子源的靜電效應而聚集使離子化效率提高並
   提高濺鍍速率。

33. 在進行PVD鍍膜時,直流電濺鍍與交流 (射頻)電濺鍍
  的主要差異為何?
答: 直流電濺鍍主要應用於導電性良好的靶材,而交流
  (射頻)電濺鍍主要應用於導電或非導電的靶材,絕
  緣薄膜若採用直流電濺鍍,將在靶材表面迅速造成電
  荷堆積而無法濺鍍。
34. 交流 (射頻)電濺鍍使用頻率為何?
答: 13.56 MHz

35. 在一般的腐蝕過程中,金屬形成離子而進入水溶液的
   行為稱為什麼反應?
答: 氧化(陽極)反應

36. 在一般的腐蝕過程中,金屬或非金屬之價數降低的行
   為稱為什麼反應?
答: 還原(陰極)反應
37. 目前常用的參考電極有哪幾種?
答: 飽和甘汞電極(calomel electrode)、銀/氯化銀電極
   (Silver-Silver Chloride)、銅/硫酸銅(Copper-Copper
   Sulfate)與標準氫電極(Standard hydrogen electrode)等。

38. 簡述一材料之腐蝕電位所代表的意義?
答: 當腐蝕電位越大,則代表其活性愈低,較不易被腐蝕;
   而腐蝕電位越小,則表示活性愈高,腐蝕也較容易發
   生。

39.簡述一材料之腐蝕電流所代表的意義?
答: 可代表腐蝕速率
40. 何謂活性極化?
答:乃由於在電解液中如欲使離子從陽極進入溶液內,或
   使電子在陰極與離子結合,均需克服其反應所需的活
   化能,若其所需之活化能過高,則整個反應由反應速
   度最慢者控制,即造成活性極化。

41.將鈍態金屬進行陽極極化時,極化曲線會顯示出哪三
   個區域?
答:活化(active)區、鈍態(passive)區以及過鈍態
   (transpassive)區。
42. 何謂濃度極化?
答:由於離子在電極旁的濃度差所造成。一般而言,陽極
   離子形成時,容易擴散至電解液中,不會造成堆積,
   故濃度均勻,不易產生陽極極化,而陰極反應物通常
   濃度不大,當還原速率大時,易使陰極附近反應物缺
   乏,降低電流密度,造成濃度極化。

43. 腐蝕電位發生的位置為何?
答:陰極極化曲線(cathodic polorization)與陽極極化曲線
   (anodic polorization)相交處。

44. 一般定義塔弗區的範圍為何?
答: 在腐蝕電位±50mV 的區域內
45. 在一般的腐蝕電化學中,何謂金屬的鈍態?
答:許多金屬在某種環境中以熱力學觀點來看應該會快速
   腐蝕,然而實際上有時以極慢之腐蝕速度來進行,通
   常是金屬表面生成極薄之保護性皮膜而造成腐蝕速度
   降低,這種狀態稱鈍態。

46. 何謂混合電位(mixed potential) ?
答:金屬雖有無數的局部小電池,兩極之間亦有電位差,
   但因電化學反應的極化現象,造成過電壓的效應而處
   在同一電位,亦即混合電位(mixed potential)。
47.混合電位的原理是根據哪兩個假設而成立?
答: (1) 任何電化學反應均可細分為兩個或兩個以上的部
   份氧化和還原反應。(2)在一個電化學反應中,電荷不
   會累積在極板上。

48. 為何雙極板在PEMFC運轉時會產生腐蝕現象?
答:由於PEMFC經過長時間運作後,高分子電解質膜會解
  離出些許陽離子,諸如SO4-、SO3- 以及HSO4- 等,
  因而對雙極板產生電化學腐蝕作用。
49. 本實驗使用何種腐蝕液來模擬PEMFC運轉時的環境?
答: 1 M的H2SO4溶液

50. 為何要先將氬氣通入腐蝕液30分鐘後再進行腐蝕實驗?
答:除去腐蝕液內的溶氧

								
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