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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 應用力學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/101138
標題: 微波電漿處理鐵鈷/鈦纖維紙用於陰離子交換膜水電解模組
Application of Microwave Plasma Processed FeCo/Ti Fiber Paper to Anion Exchange Membrane Water Electrolysis (AEMWE) Module
作者: 吳幸真
Hsing-Chen Wu
指導教授: 陳建彰
Jian-Zhang Chen
關鍵字: 微波電漿,鈦纖維紙鐵鈷陰離子交換膜水電解電鍍
microwave plasma,titanium paperiron cobaltanion exchange membraneelectrochemical deposition
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 在淨零趨勢下,水電解為綠氫製備關鍵技術;其中陰離子交換膜水電解(Anion Exchange Membrane Water Electrolysis, AEMWE)具可使用非貴金屬催化劑等優勢,但陽極析氧反應(Oxygen Evolution Reaction, OER)動力學緩慢,常成為效率瓶頸,因此開發高效且可量產的OER催化劑相當重要。
本研究以電化學沉積法在鈦纖維紙(Titanium fiber Paper, TP)上沉積鐵鈷合金,製備ED-FeCo/TP,作為陰極乾端操作之AEMWE系統中的析氧反應OER陽極電催化劑。進一步施以15秒的氬氣微波電漿(Ar Microwave Plasma, ArMP)表面處理,其催化表現顯著提升。經處理之ED-FeCo/TP-ArMP15在100 mA/cm2電流密度下之過電位僅459 mV,並呈現較佳的塔弗斜率(211.1 mV/dec),顯示反應動力學獲改善;同時其電雙層電容Cdl提升至2.80 mF/cm2,電荷轉移阻抗(Rct)降至1.10 Ω,反映出更大的有效活性表面積與更快速的界面電荷傳輸。
材料分析結果指出,氬氣微波電漿處理具還原效應,可在ED-FeCo/TP-ArMP15中形成大量金屬態Fe0與Co0活性位點。進一步將其應用於陰極乾式陰離子交換膜水電解全電池中可發現,採用氬氣微波電漿之系統(Ru/CP(−) // ED-FeCo/TP-ArMP15(+))在高電流密度操作下,相較未經氬氣微波電漿處理之系統(Ru/CP(−) // ED-FeCo/TP(+))具有更佳之性能表現。於70 ℃、500 mA/cm2操作條件下,當ED-FeCo/TP作為陽極時,電池電壓由1.88 V降至1.79 V(ED-FeCo/TP-ArMP15),進一步驗證氬氣微波電漿能有效提升OER效率。
Under the global net-zero transition, water electrolysis is essential for green hydrogen production. Anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) enables the use of non-precious-metal catalysts, yet its efficiency is often limited by sluggish anodic oxygen evolution reaction (OER) kinetics, highlighting the need for active and scalable OER catalysts.
ED-FeCo/TP is synthesized by the electrochemical deposition of FeCo on titanium fiber paper (TP) as the catalyst for the OER in cathode-dry operation AEMWE. With 15s Ar microwave plasma (ArMP) treatment, the catalytic performance is enhanced. The ED-FeCo/TP treated with ArMP (ED-FeCo/TP-ArMP15) exhibits a lower overpotential (459 mV@100 mA/cm2) and improved Tafel slope (211.1 mV/dec), indicating improved reaction efficacy. It also demonstrates a higher double-layer capacitance (2.80 mF/cm2), lower charge transfer resistance (1.10 Ω), and enhanced electrochemical activity.
ArMP treatment provides a reduction effect, leading to the formation of abundant metallic Fe0 and Co0 in ED-FeCo/TP-ArMP15. The cathode-dry AEMWE system with ArMP treatment (Ru/CP(-) // ED-FeCo/TP-ArMP15(+)) exhibits better performance at higher current densities than the system without ArMP treatment (Ru/CP(-) // ED-FeCo/TP(+)). When applied as the anode in a cathode-dry AEMWE system operating at 70 ℃, the cell voltage at a current density of 500 mA/cm2 decreases from 1.88 V for ED-FeCo/TP to 1.79 V for ED-FeCo/TP-ArMP15. These results indicate that ArMP treatment effectively enhances the OER efficiency.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/101138
DOI: 10.6342/NTU202504837
全文授權: 同意授權(限校園內公開)
電子全文公開日期: 2026-01-01
顯示於系所單位:應用力學研究所

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