新能源材料与技术-第4章 燃料电池材料-4(固体、甲醇、碱性、磷酸燃料电池)
新能源材料与器件概论 教学大纲
新能源材料与器件概论一、课程说明课程编号：050302X10课程名称：新能源材料与器件概论/The Introduction of New Energy Materials and Devices课程类别：专业教育课程学时/学分：32学时/2学分先修课程：大学物理、无机化学适用专业：新能源材料与器件教材、教学参考书：1.陈军主编.新能源材料.北京：化学工业出版社.2003 年；2.托马斯B.雷迪(Thomas B.Reddy) (编者). 汪继强(译）.电池手册. 北京：化学工业出版社.2013年；3.李景虹编著.先进电池材料. 北京：化学工业出版社.2004年；4.朱继平主编.新能源材料技术. 北京：化学工业出版社第1版.2015年；5.陆天虹主编.能源电化学. 北京：化学工业出版社.2014年；6.义夫正树主编.锂离子电池:科学与技术. 北京：化学工业出版社.2015年。
二、课程设置的目的意义新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键能源和材料是社会发展的物质基础。
新能源、新材料已列入国家战略性新兴产业。
新能源开发和有效利用的关键之一是与其相应的材料及器件。
新能源材料与器件涉及到材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉等相对复杂的高技术，这方面的高技术人才相对缺乏。
《新能源材料与器件导论》是一门理论和实践性都较强的课程。
通过该课程的学习，使学生能够系统的掌握新能源（二次电池、热能、氢能、太阳能、燃料电池等）材料及器件基本理论、基本知识和工程技术技能，掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法及各种新材料在能源转换中的应用，存在的问题，了解新能源材料科学的发展方向。
三、课程的基本要求知识要求：通过本课程的学习, 使学生们学习和掌握目前新能源的种类及其能量利用形式, 学习和掌握各种新能源利用过程中所涉及的能量转换过程，学习和掌握新能源利用中的关键材料及其器件制造方法。
《新能源技术》课程教学大纲
《新能源技术》课程教学大纲课程编号：08140075课程类别：专业选修课程授课对象：能源、热能与动力工程、环境工程、建筑环境与设备、化学、化工、材料、冶金等专业开课学期：第7学期学分：2学分主讲教师：王俊琪指定教材：王长贵、崔容强等主编，《新能源发电技术》，中国电力出版社，2003年教学目的：通过对该门课程的学习，使学生了解中国的能源现状和中国新能源的发展现状，掌握太阳能光伏发电的基本原理及系统的构成，了解太阳能热发电技术的不同形式的热发电系统，熟悉太阳能的有关热利用的基本原理，加深对中国风力资源和风力发电基本原理的认识，深化理解作为分布最广泛的生物质资源的利用现状，重点把握生物质发电的基本原理。
掌握地热发电和潮汐能发电的基本原理和应用现状，认真掌握燃料电池的基本原理及其各种形式的燃料电池的具体应用及机理。
第一章绪论课时：1周，共2课时教学内容第一节能源的含义、分类及历史演变一、能源的重要性能源在工业、农业、交通业、国防、日常生活和公用事业中的重要地位。
二、能源的含义及其分类新能源的概念；不同的分类方法。
三、人类利用能源的历史演变柴草时期、煤炭时期和石油时期的突击演变过程。
四、常规能源向新能源的过渡过渡的原因；三次石油危机；过渡的具体过程分析。
第二节中国能源现状、问题与对策一、中国能源现状中国现在的能源现状及其与过去的对比。
二、中国能源存在的问题中国在能源利用过程中存在的极大问题及解决的方法。
三、中国能源发展对策根据中国能源发展现状，中国采取的能源对策。
第三节中国新能源与可再生能源的现状与前景一、新能源与可再生能源的含义和分类新能源的概念；各类新能源的具体概念及应用发展现状。
二、发展新能源与可再生能源的重大战略意义发展新能源的重要意义。
三、中国新能源与可再生能源的发展现状中国发展新能源的对策；新能源的发展现状。
四、中国新能源与可再生能源的发展前景发展新能源的重要意义和发展的前景。
思考题：1、新能源的具体分类方法有哪几种？具体怎么划分的？2、我国能源存在哪些问题？应如何具体解决？第二章太阳能光伏发电技术课时：4周，共8课时教学内容第一节概述一、太阳能利用方式常见的太阳能利用方式。
新能源材料与器件导论
新能源材料与器件导论引言：随着全球能源危机的逐渐加深，寻求可替代传统化石能源的新能源已经成为当今社会的热门话题。
新能源材料与器件作为新能源技术的基础和核心，起着至关重要的作用。
本文将从材料和器件两个方面，对新能源材料与器件导论进行探讨。
一、新能源材料1. 太阳能材料太阳能作为最为广泛利用的新能源之一，其材料的研究与开发是实现太阳能高效转换的关键。
研究人员通过改进硅基材料、有机太阳能电池材料、钙钛矿太阳能电池材料等，实现了太阳能的高效转换和低成本制备。
2. 燃料电池材料燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的器件，其材料的选择对燃料电池的性能和稳定性起着至关重要的作用。
目前，常用的燃料电池材料包括质子交换膜、电催化剂等。
研究人员通过合成新型电催化剂、提高质子交换膜的导电性等手段，不断提升燃料电池的效率和寿命。
3. 锂离子电池材料锂离子电池作为目前应用最广泛的可充电电池，其材料的研究和改进对提高电池的能量密度和循环寿命具有重要意义。
研究人员通过改进锂离子电池的正极材料、负极材料以及电解质等，实现了锂离子电池的快速充放电和长循环寿命。
二、新能源器件1. 太阳能电池太阳能电池是将光能直接转换为电能的器件，其关键是太阳能电池材料的选择和设计。
目前，常用的太阳能电池包括硅基太阳能电池、有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。
这些太阳能电池在光电转换效率、稳定性和制备成本等方面都有较大的差异，研究人员致力于提高太阳能电池的效率和降低制造成本。
2. 燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的器件，其关键是燃料电池材料的选择和优化。
常见的燃料电池包括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。
研究人员致力于改进燃料电池的材料，提高电池的能量密度、降低成本和延长使用寿命。
3. 锂离子电池锂离子电池是一种利用锂离子在正负极之间的迁移来实现能量转换的器件。
锂离子电池的关键在于正负极材料的选择和设计。
研究人员通过合成新型正负极材料、改进电解质、优化电池结构等手段，提高了锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性。
新能源材料与器件介绍
新能源材料与器件介绍
新能源材料与器件是指那些能够有效地转换、存储和利用能源
的材料和设备。
这些材料和器件在可再生能源、能源存储和能源利
用方面发挥着重要作用。
以下是对新能源材料与器件的介绍：
1. 太阳能材料与器件，太阳能电池是利用光能直接转换为电能
的装置，常见的太阳能电池包括硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池、有机太阳能电池等。
此外，太阳能热发电、光伏发电和光热发电也
是利用太阳能的重要途径。
2. 风能材料与器件，风能是一种清洁、可再生的能源，风力发
电机是利用风能转换为机械能或电能的设备。
风能材料与器件包括
风力发电机叶片材料、风力发电塔架材料等。
3. 储能材料与器件，储能技术是解决可再生能源间歇性和间断
性问题的关键。
电池、超级电容器、储氢技术等都是储能材料与器
件的代表。
此外，储热技术也是重要的储能手段。
4. 燃料电池材料与器件，燃料电池是一种将化学能直接转换为
电能的装置，常见的燃料电池包括氢燃料电池、甲醇燃料电池、固
体氧化物燃料电池等。
燃料电池材料与器件包括电解质、电极材料等。
5. 生物质能材料与器件，生物质能是一种可再生能源，利用生物质能发电、生物质能液化等技术已经成为现实。
生物质能材料与器件包括生物质能燃料、生物质能发电设备等。
总的来说，新能源材料与器件涉及多个领域，包括材料科学、电子工程、化学工程等，通过不断的研究和创新，新能源材料与器件将会为人类提供更加清洁、高效的能源解决方案。
2024年新能源电子教案4章
新能源电子教案4章第一章：新能源概述1.1新能源的定义与分类新能源是指传统能源之外的各种形式的能源，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。
新能源具有清洁、低碳、可再生等特点，是未来能源发展的重要方向。
1.2新能源的发展背景与意义随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，新能源的开发利用越来越受到世界各国的重视。
发展新能源不仅可以减少对化石能源的依赖，降低能源消耗对环境的影响，还可以推动能源结构的优化和经济的可持续发展。
1.3我国新能源发展现状与展望我国政府高度重视新能源的发展，将其作为国家战略性新兴产业进行重点培育。
近年来，我国新能源产业取得了显著的进展，太阳能、风能等新能源装机容量居世界首位。
未来，我国将继续加大新能源的研发和推广力度，推动新能源在全球范围内的广泛应用。
第二章：太阳能技术与应用2.1太阳能的原理与特点太阳能是指利用太阳辐射能进行能量转换的一种能源形式。
太阳能具有清洁、可再生、广泛分布等优点，是一种理想的替代能源。
2.2太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电技术是将太阳光能直接转换为电能的一种技术。
光伏电池是太阳能光伏发电的核心部件，其原理是利用光电效应将太阳光能转换为电能。
2.3太阳能热利用技术太阳能热利用技术是将太阳光能转换为热能的一种技术。
太阳能热水器、太阳能热发电等是太阳能热利用的典型应用。
2.4太阳能应用案例与前景太阳能应用广泛，包括家庭热水供应、工业热水供应、太阳能发电等。
随着技术的进步和成本的降低，太阳能将在未来能源领域中发挥越来越重要的作用。
第三章：风能技术与应用3.1风能的原理与特点风能是指利用风的动力进行能量转换的一种能源形式。
风能具有清洁、可再生、广泛分布等优点，是一种重要的替代能源。
3.2风力发电技术风力发电技术是将风的动能转换为电能的一种技术。
风力发电机是风力发电的核心设备，其原理是利用电磁感应原理将风的动能转换为电能。
3.3风能应用案例与前景风能应用广泛，包括风力发电、风力提水等。
能源化学中的燃料电池与储氢材料
能源化学中的燃料电池与储氢材料能源化学是现代化学中的重要分支之一，其主要研究对象是能量转化和能量存储的化学过程。
其中，燃料电池和储氢材料是能源化学中的两个重要研究方向。
它们都可以作为能量转换和储存的手段，具有广泛的应用前景。
本文将对这两个方向进行探讨。
一、燃料电池燃料电池是一种将化学能转化为电能的电化学器件。
其基本结构为电极、电解质和催化剂三部分组成。
根据不同的电解质类型和反应物种类，可以分为不同类型的燃料电池。
1、质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池是目前应用最广泛的燃料电池类型之一。
其主要反应方程式为：H2 + 1/2O2 → H2O + ΔG其中，H2为燃料，O2为氧化剂，ΔG为反应释放的能量。
PEMFC的主要优点是工作温度低、反应速率快、功率密度高，是适合小型移动电源的选择。
但是其制备工艺难度较大、稳定性受制于反应物种类、极低的耐久性限制其广泛应用。
2、固体氧化物燃料电池（SOFC）固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作温度高达800-1000℃。
其主要反应方程式为：H2 + O2 → H2O + ΔGSOFC的主要优点是高效率、长寿命、适用于较大规模上电站等应用场景。
但是由于其高温特性，制备成本较高，对材料的要求也很严格。
3、直接甲醇燃料电池（DMFC）直接甲醇燃料电池是以甲醇为燃料的一种燃料电池。
其主要反应方程式为：MeOH + 3/2O2 → CO2 + 2H2O + ΔGDMFC相对于其他燃料电池的优点在于使用燃料储存更加方便，不需要储存高压氢气，同时具有较高的能量密度。
但由于甲醇分解电压高、电极反应需要高浓度的甲醇，缺陷明显，使得DMFC在工业应用等领域处于探索和发展中。
二、储氢材料储氢材料对于实现氢能的商业化应用具有重要意义。
储氢材料可以降低氢存储的成本和提高储氢密度，是氢燃料电池等氢能应用中不可或缺的重要组成部分。
常见的储氢材料有以下几种。
1、金属靶材储氢金属靶材储氢是将氢气吸附在金属表面的一种方法。
燃料电池原理
燃料电池原理燃料电池是一种利用氧化还原反应来直接转化化学能为电能的器件。
它具有高效、清洁、低噪音等特点，在未来能源领域具有巨大的应用前景。
本文将介绍燃料电池的原理，包括其工作原理、构成和不同类型的燃料电池。
一、燃料电池的工作原理燃料电池基于电化学原理，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转化为电能。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 氧化反应：在燃料电池的正极（阳极），氧气分子（O2）从气态或溶液中被还原成氧离子（O2-）。
这个过程需要提供电子，因此正极是一个电子供应器。
2. 燃料反应：在燃料电池的负极（阴极），燃料分子（如氢气或甲醇）在氧离子的存在下被氧化成水或二氧化碳等产物。
在这个过程中，电子被释放出来，因此负极是一个电子接收器。
3. 电子传导：在燃料电池内部，正极和负极之间通过电解质将电子传输到负极。
电解质通常是一种离子导体（如质子交换膜、固体氧化物燃料电池中的氧离子导体等），它能够离子化并传输正负离子。
4. 电路连接：在外部电路中，正极和负极通过导线连接，这样电子就能在外部电路中流动，完成电能的传输。
总而言之，燃料电池通过氧化还原反应将燃料中的化学能转化为电能。
这个过程是连续的，只要有燃料和氧气的供应，燃料电池就能持续地产生电能。
二、燃料电池的构成燃料电池通常由几个重要部分组成，包括：1. 阳极：也称正极，是氧化反应发生的地方。
常见的阳极材料有铂、铂合金等。
2. 阴极：也称负极，是燃料反应发生的地方。
常见的阴极材料有铂、铂合金等。
3. 电解质：用于传导正负电荷的物质。
根据不同类型的燃料电池，电解质可以为质子交换膜、氧离子导体等。
4. 燃料供应系统：用于提供燃料至燃料电池中。
不同类型的燃料电池使用不同的燃料，如氢气（燃料电池中最常用的燃料）、甲醇等。
5. 氧气供应系统：用于提供氧气至燃料电池中。
氧气可以从空气中提取或通过压缩氧气等方式供应。
以上是燃料电池的基本组成部分，不同类型的燃料电池可能还包括冷却系统、压力控制系统等其他辅助设备。
燃料电池电极材料简述
燃料电池电极材料简述By 小叶好的摘要本文分别简述了五种燃料电池的点击材料的发展状况。
分别从质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池、熔融盐燃料电池五种类型分别对电极材料进行简述，并结合最新的前沿研究对燃料电池电极材料进行简单的论述。
关键词燃料电池正极材料负极材料电极燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
一．质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。
其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。
工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
在质子交换膜燃料电池中，电解质是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸，和质子能够渗透但不导电的NafionTM ，而电极基本由碳组成。
氢流入燃料电池到达阳极，裂解成氢离子（质子）和电子。
氢离子通过电解质渗透到阴极，而电子通过外部网路流动，提供电力。
以空气形式存在的氧供应到阴极，与电子和氢离子结合形成水。
在电极上的这些反应如下：阳极：2H2→ 4H+ + 4e-阴极：O2 + 4H+ + 4e- → 2 H2O整体：2H2 + O2→ 2 H2O + 能量质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。
在这样的低温下，电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的一层薄的白金进行催化。
这种电极/电解质装置通常称做膜电极装配（MEA），将其夹在二个场流板中间便能构成燃料电池。
这二个板上都有沟槽，将燃料引导到电极上，也能通过膜电极装配导电。
每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。
驱动一辆汽车则需要约300伏的电力。
燃料电池学习ppt完美版
燃料电池发电厂没有火力发电厂那样的噪声源，因而工作环境非常安静；
电导率越大则导电性能越强,反之越小。
电池是能量储存装置。 金属/空气电池的历史几乎就是空气电极的历史。
燃料电池的环境友好性是使其具有极强生命力和长远发展潜力的主要原因。
1970年，科尔迪什开发了第一辆燃料电池小汽车。
1896年，雅克研制成功第一个数百瓦（大约300瓦）的煤燃料电池；
1899年，施密特发明第一个空气扩散电极； 1959年，培根和弗洛斯特研制成功6KW碱性燃料电池系 统,并用来驱动叉车、圆盘锯和电焊机； 1959年，艾丽斯-查尔莫斯公司开发出第一辆碱性燃料电 池拖拉机，可以推动3000lb(1lb=0.4536kg)的重物；
(2) 燃料电池发展过程中的重大事件
1960年，通用电气公司开发成功质子交换膜燃料电池； 1962年，质子交换膜燃料电池应用于双子星座飞船； 1965年，碱性燃料电池用于阿波罗登月飞船； 1967年，通用汽车开发成功第一辆碱性燃料电池电动汽 车Electrovan； 1970年，科尔地什组装了第一辆碱性燃料电池-铅酸电池 混合动力轿车； 1972年，杜邦公司和格罗特发明了全氟磺酸质子交换膜； 1979年，在美国纽约完成了4.5MW磷酸燃料电池电厂的 测试； 1986年，洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）开发成功第 一辆磷酸燃料电池公共汽车；
(2) 燃料电池发展过程中的重大事件
1986年，洛斯阿拉莫斯国家实验室开发成功第一辆磷酸燃 料电池公共汽车；
1988年，第一艘碱性燃料电池潜艇在德国出现； 1991年，日本千叶县的11MW磷酸燃料电池试验电厂达 到设计功率； 1993年，巴拉德电力系统公司开发成功第一辆质子交换膜 燃料电池公共汽车； 1996年，美国加利福尼亚州的2MW 熔融碳酸盐燃料电池 试验电厂开始供电；
(完整版)试简述五大类燃料电池的工作原理和各自的特点
三、试简述五大类燃料电池的工作原理和各自的特色燃料电池按燃料电解质的种类来分类的，可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（ PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC) 、固体氧化物燃料电池 (SOFC)和质子互换膜燃料电池 (PENFC)五大类。
3.1 碱性燃料电池（ AFC ）碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包含航天飞机供给动力和饮用水。
.1 原理使用的电解质为水溶液或稳固的氢氧化钾基质，且电化学反响也与羟基（OH）从阴极挪动到阳极与氢反响生成水和电子略有不一样。
这些电子是用来为外面电路供给能量，而后才回到阴极与氧和水反响生成更多的羟基离子。
负极反响： 2H2 + 4OH-→ 4H2O + 4e-正极反响： O2 + 2H2O + 4e-→ 4OH-碱性燃料电池的工作温度大概80℃。
所以，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子互换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当蠢笨。
不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，所以可用于小型的固定发电装置。
好像质子互换膜燃料电池同样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其余杂质也特别敏感。
别的，其原料不可以含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反响生成碳酸钾，降低电池的性能。
.2 特色低温性能好，温度范围宽，并且能够在较宽温度范围内选择催化剂，可是才用的碱性电解质易受 CO2的毒化作用所以一定要严格出去 CO2，成本就偏高。
3.2 磷酸燃料电池（ PAFC）磷酸燃料电池（ PAFC）是目前商业化发展得最快的一种燃料电池。
正如其名字所示，这类电池使用液体磷酸为电解质，往常位于碳化硅基质中。
磷酸燃料电池的工作温度要比质子互换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于150 - 200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加快反响。
其阳极和阴极上的反响与质子互换膜燃料电池同样，但因为其工作温度较高，所以其阴极上的反响速度要比质子互换膜燃料电池的阴极的速度快。
磷酸燃料电池
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中中南南大大学学冶冶金金科学学与与工工程程学学院院
具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的" 发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电 解质板所组成。
工作时向负极供给燃料(氢 H2)，向正极供给氧化剂(空 气O2)。氢在负极分解成正离 子H+和电子e-。氢离子进入 电解液中，而电子则沿外部 电路移向正极。用电的负载 就接在外部电路中。在正极 上，空气中的氧同电解液中 的氢离子吸收抵达正极上的 电子形成水。这正是水的电 解反应的逆过程。
❖ 截至目前为止，可以说现在的燃料电池生产商的注意力均集中于非居民 的应用。当前唯一提供商业化燃料电池的国际燃料电池公司已在学校、 办公室和银行设施安装了200多个磷酸燃料电池装置。在不久的将来， 诸如溶化的碳酸盐燃料电池和固态氧化物燃料电池等高温燃料电池也将 用于大型的工业设施和兆瓦级的发电厂。当工作温度上升到6001100℃时，这种高温燃料电池可以耐受氢污染源，因此可以使用未加 重整的天然气，柴油，或汽油。此外，它们所产生的热能还可用来驱动 增器蒸气气轮机再进行发电。
❖ 为了有利于该技术的应用，可以用天然气销售网作为氢燃料源。当前， 许多生产商预测在不久的将来便会出现其它燃料源泉，这有助于进一步 降低排放，加速燃料电池进入新的理想市场。新近进入固定燃料电池市 场的厂家是汽车大亨General Motors，她于2001年8月成功地开发 了一种产品。
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中中南南大大学学冶冶金金科学学与与工工程程学学院院
❖ 从20世纪60年代起，飞机制造商Pratt & Whitney赢得了为阿波罗项目提 供燃料电池的合同。Pratt & Whitney生产的燃料电池是基于对Bacon专 利的碱性燃料电池的改进，这种低温燃料电池是最有效的燃料电池。在阿波罗 飞船中，三组电池可产生1.5 kW或2.2 kW电力，并行工作，可供飞船短期 飞行。每组电池重约114 kg，装填有低温氢和氧。在18次飞行中，这种电池 共工作10，000小时，未发生一次飞行故障。
燃料电池的种类
燃料电池的种类
燃料电池可以根据不同的燃料和电解质来分类，以下是常见的燃料电池种类：
1. PEMFC（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）：质子交换
膜燃料电池，使用质子交换膜作为电解质，常用的燃料是氢气。
这种电池具有快速启动和高能量密度等特点，适合用于汽车和移动设备等应用。
2. SOFC（Solid Oxide Fuel Cell）：固体氧化物燃料电池，使
用固体氧化物型电解质，常用的燃料是天然气、甲醇等。
这种电池具有较高的效率和长周期运行能力，适合用于发电站等大型应用。
3. DMFC（Direct Methanol Fuel Cell）：直接甲醇燃料电池，
燃料为甲醇溶液，无需进行甲醇重整反应。
这种电池简化了燃料处理过程，适合用于便携式设备等小型应用。
4. AFC（Alkaline Fuel Cell）：碱性燃料电池，使用碱性溶液（如氢氧化钾）作为电解质，常用的燃料是氢气和氧气。
这种电池具有较高的效率和低成本，但对燃料质量要求较高。
5. PAFC（Phosphoric Acid Fuel Cell）：磷酸型燃料电池，使
用磷酸作为电解质，常用的燃料是天然气和液化石油气。
这种电池适合用于城市燃料电池发电站等应用。
以上是常见的燃料电池种类，它们在不同的应用场景中具有各自的特点和优势。
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（一）Ni-YSZ金属陶瓷阳极
常用的阳极催化剂有镍、 钴和贵金属材料，其中 金属镍具有高活性、价 格低的特点，应用最广 泛。在SOFC中，阳极通 常由金属镍及氧化钇稳 定的氧化锆（YSZ）骨 架组成。
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（1）Ni-YSZ 金属陶瓷阳极的制备 制备Ni-YSZ金属陶瓷的方法有多种，包括传
统的陶瓷成型技术（流延法、轧末法）、涂抹 技术（丝网印刷、浆料涂覆）和沉积技术（化 学气相沉积、等离子体溅射）。管式SOFC通 常采用化学气象沉积-浆料涂覆法制备Ni-YSZ 阳极；电解质自支撑平行板SOFC的阳极制备 可采用丝网印刷、溅射、喷涂等多种方法，而 电极负载型平板型SOFC的阳极制备一般采用 轧膜、流延等方法。
1）阳极
阳极的主要作用是为燃料的电化学氧化提供反应场所， 所以SOFC阳极材料必须在还原气氛中稳定，具有足够高 的电子电导率和对燃料氧化反应的催化活性，还必须具 有足够高的孔隙率，以确保燃料的供应及反应产物的排 除。
由于SOFC在中温、高温下操作，阳极材料还必须与 其它电池材料在室温至操作温度乃至更高的制备温度范 围内化学上相容、热膨胀系数相匹配。
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（2）Ni-YSZ 金属陶瓷的物理性质
在Ni中加入YSZ的目的是使发生电化学反应 的三相界向空间扩展，即实现电极的立体化，并 在SOFC的操作温度下保持阳极的多孔结构及调 整电极的热膨胀系数使其与其它电池组件相匹配。 在这种金属陶瓷复合阳极中，YSZ作为金属Ni的 载体，可有效地防止在SOFC操作过程中金属粒 子粗化。
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▪ （3）金属陶瓷的稳定性
▪
Ni和YSZ在还原气氛中均具有较高的化学稳
定性，并且在室温至SOFC操作温度范围内无相
变产生。 Ni-YSZ在１０００℃以下几乎不与电
解质ＹＳＺ及连接材料LaCrO3发生反应。
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（４）Ｎｉ－ＹＳＺ金属陶瓷的导电性 Ｎｉ－ＹＳＺ金属陶瓷阳极的导电率和其中的Ｎ
ｉ含量密切相关。当Ｎｉ的比例低于３０％时Ｎｉ－Ｙ ＳＺ金属陶瓷的导电性能与ＹＳＺ相似，说明此时通过 ＹＳＺ相的离子导电占主导地位；但当Ｎｉ的含量高于 ３０％时，由于Ｎｉ粒子互相连接构成电子导电通道， 使Ｎｉ－ＹＳＺ复合物的电导率增大三个数量级以上， 说明此时Ｎｉ金属的电子电导在整个复合物电导中占主 导地位。
SOFC采用固体氧化物作为电解 质，在高温下具有传递O2-的能力， 在电池中起着传导O2-和分隔氧化 剂和燃料的作用。在阴极，氧分 子得到电子还原为氧离子；氧离 子在电解质隔膜两侧电势差与氧 浓度差驱动力的作用下，通过电 解质隔膜中的氧空位，定向跃迁 到阳极侧，并与燃料进行氧化反 应。
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SOFC的结构
且在还原气氛中会产生一定的电子电导，因此，将ＳＤＣ等掺入到阴极催化剂Ｎｉ 中，可以使电极上发生电化学反应的三相界得以向电极内部扩展，从而提高电极的 反应活性。
ＮｉＯ－ＳＤＣ复合材料的制备可以采用机械复合法，即将ＮｉＯ和ＳＤＣ粉 料混合后进行球磨，用量少时，用玛瑙研钵进行研磨。
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２）阴极
阴极的作用是为氧化剂的还原提供场所。因此阴极材料必须在氧 化气氛下保持稳定，并在ＳＯＦＣ操作条件下具有足够高的电子导电 率和对氧化还原反应的催化活性。在ＳＯＦＣ中，对阴极材料有如下 要求： （１）稳定性 在氧化气氛中，阴极材料必须具有足够的化学稳定性， 且其形貌、 微观结构、尺寸等在电池长期运行过程中不能发生明显变 化。 （２）电导率 阴极材料必须具有足够高的电子电导率，以降低在Ｓ ＯＦＣ操作过程中阴极的欧姆极化；此外，阴极还必须具有一定的离 子导电能力，以利于氧化还原产物向电解质的传递。
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（３）催化活性 阴极材料必须在ＳＯＦＣ操作温度下，对氧化还原反 应具有足够高的催化活性，以降低阴极上电化学活化极化过电位，提 高电பைடு நூலகம்的输出性能。
（４）相容性 阴极材料必须在ＳＯＦＣ制备和操作温度下与电解质材 料、连接材料或双极板材料与密封材料化学上相容。
（５）热膨胀系数 阴极必须在室温至ＳＯＦＣ操作温度，乃至更高的 制备温度范围内与其他电池材料热膨胀系数相匹配。
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对SOFC阳极材料及阳极有如下的基本要求：
（1）稳定性 在燃料气氛中，阳极必须在化学、形貌和尺度 上保持稳定。
（2）电导率 阳极材料在还原气氛中要具有足够高的电子导 电率，以降低阳极的欧姆极化，同时还具备高的氧离子导 电率，以实现电极立体化。
（3）相容性 阳极材料与相接触的其它电池材料必须在室温 至制备温度范围内化学上相容。
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（５）Ｎｉ－ＹＳＺ复合金属陶瓷阳极的 热膨胀
Ｎｉ－ＹＳＺ阳极的热膨胀系数随组 成不同而发生改变。随着Ｎｉ含量的增加， Ｎｉ－ＹＳＺ的热膨胀系数增大。严重的 热膨胀系数不匹配会在电池内部引起较大 的应力，造成电池组件的碎裂和分层剥离。 可通过在电解质中掺入添加剂的方法降低 应力。
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（二）Ｎｉ－ＳＤＣ金属陶瓷阳极 和ＹＳＺ相比，由于ＳＤＣ（Ni-Sm2O3 掺杂的CeO2 ）具有较高的离子电导率，
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（4）热膨胀系数 阳极材料必须与其他电池材料热膨胀系数 相匹配。
（5）孔隙率 阳极必须具有足够高的孔隙率，以确保燃料 的供应及反应产物的排出。
（6）催化活性 阳极材料必须对燃料的电化学氧化反应具 有足够高的催化活性。
（7）阳极还必须具有强度高、韧性好、加工容易、成本低 的特点。
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阳极材料及性能
目录
CONTENTS
01 燃料电池概述 02 质子交换膜型燃料电池材料 03 熔融碳酸盐燃料电池材料 04 固体氧化物燃料电池材料 05 直接甲醇燃料电池基础与应用 06 其他类型的燃料电池材料
弘德明志 博学笃行
04 固体氧化物燃料电池材料
弘德明志 博学笃行
固体氧化物燃料电池（SOFC）
固体氧化物燃料电池是以固体氧化物作为电解质的高温燃料电池，它是用于 大型发电厂及工业应用。
新能源材料与技术
New Energy Materials& Technology
山东师范大学汇报 2020.9 答辩通用模板
弘德明志 博学笃行
目录
CONTENTS
01 绪论
05 生物质能材料
02 锂离子电池材料 06 核能材料
03 太阳能电池材料 07 其他新能源材料
04 燃料电池材料
弘德明志 博学笃行