固体氧化物燃料电池1汇总.
固体氧化物燃料电池
氧化物燃料电池的应用
陶瓷燃料电池单片
平板型中温固体氧化物染料电 池 大面积样机支撑复合膜实 现小批量生产，上硅所
易贝硅谷总部安装的两台昂贵 的Bloom Energy设备。
德国公司展出实用水 平燃料电池
福特福克斯燃料电池汽车示意图
燃料电池的众多优点吸引了广大的科
技人员，各国都投入了大量的财力、
使用贵金属作催化剂； • (4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的
腐蚀及封接问题； • (5)能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量
利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统； • (6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态
结构； • (7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电
材料；其二是将电池的运行温度降低至 300摄氏度到500摄氏度之间。研究人员 表示，基于SOFCs在更低的操作温度、更 丰富的燃料来源以及更便宜的材料方面 取得的进步，SOFCs可能很快成为一项主 流技术，未来将能给手提电脑或手机供 电。
首款大型薄膜固体氧化物燃料电池问世
• 2011年5月25日的报道：美 国哈佛大学（Harvard）工程 与应用科学学院（SEAS： School of Engineering and Applied Sciences）以及西能 系统有限责任公司（ SiEnergy Systems LLC）的材 料科学家已演示了第一款宏 观尺度的薄膜固体氧化物燃 料电池（SOFC：solid-oxide fuel cell）。
式目前较为成熟的一种形式。
平板式结构SOFC电池堆
•平板式结构SOFC近几年才引起了人们的关注，这种集合形 状简单的设计使其制作工艺大为简化。平板式SOFC由阳极、 电解质、阴极薄膜组成单体电池，两边带槽的来接替连接相 邻阴极和阳极，并在两侧提供气体通道，同时隔开两种气体
固体氧化物燃料电池的工作原理
固体氧化物燃料电池的工作原理固体氧化物燃料电池（SOFC）可真是一项神奇的技术！如果你对这个名字感到陌生，没关系，今天我们就来聊聊它是怎么工作的，别担心，不会让你变成科学家，只想让你了解其中的奥妙，顺便插入一些小幽默，让你轻松愉快地掌握这些知识。
1. 燃料电池的基本概念1.1 什么是固体氧化物燃料电池？首先，咱们得搞清楚，什么是固体氧化物燃料电池。
简单来说，它是一种能把化学能转换成电能的装置。
就像是把你的午餐变成能量一样，不过这里的“午餐”是氢气或其他燃料，听起来是不是挺酷的？这东西不需要像传统电池那样充电，只要有燃料源源不断地提供，就能持续发电，简直是“发电机器”的一种神奇升级版。
1.2 工作原理大揭秘那么，SOFC是怎么工作的呢？这就要从它的构造说起了。
它的核心部分其实很简单，由一个固体电解质和两个电极组成。
电解质就像是门卫，只有特定的小分子才能通过。
而电极就像是两个派对的主办方，一个负责提供电子，另一个则负责接收这些电子，大家在这里欢快地交换能量。
2. 燃料的“调配”2.1 燃料的选择我们先来看看燃料。
SOFC的燃料可多了，氢气、天然气、甚至是生物质气体都可以用！就好比你在点餐，选什么都行，只要你能接受。
燃料在电池内部经过化学反应，会释放出氢离子和电子。
这就像是炸弹一样，电子冲出去了，能量立马释放，产生电流。
2.2 反应的进行当氢离子从负极（阳极）通过固体电解质跑到正极（阴极）时，电子却要绕个大圈才能到达正极，这样才能形成完整的电路。
你想想，这就像是在参加接力赛，离子们一路狂奔，电子们却得走小路，真是有趣啊。
最后，这些氢离子和氧气结合，产生水蒸气，这也是SOFC的“副产品”，环境友好，不污染，简直是“绿色先锋”。
3. 优缺点分析3.1 优点说到SOFC的优点，真是数不胜数。
首先，效率高，转换率可以达到60%甚至更高，放眼整个燃料电池家族，简直是佼佼者。
其次，燃料来源广泛，不局限于氢气，让你选择的余地大得很，像是“万花筒”一样丰富多彩。
说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理(一)
说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理(一)说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理介绍固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种高效、低污染的能源转换设备。
它利用固体氧化物作为电解质，将化学能转化为电能，广泛应用于电力和燃料领域。
结构固体氧化物燃料电池的主要结构有以下几个部分：1.阳极：阳极是燃料一侧的电极，常用材料是镍（Ni）或含铈质的材料。
它具有良好的催化性能，能够使燃料与电解质进行反应。
2.阴极：阴极是氧化剂一侧的电极，常用材料是钇稳定氧化锆（YSZ）等，能够吸收氧气并与电解质发生反应。
3.电解质：电解质是固体氧化物燃料电池中的核心部分，常用材料有钇稳定氧化锆、钡稳定氧化钇（BCY）等。
它具有高离子电导率和低电子导率，能够传输氧离子并阻止电子的流动。
4.连接体：连接体用于连接阳极和阴极，常用材料是钇稳定氧化锆等，具有导电性质。
5.当前集流体：当前集流体用于收集由电解质传输的氧离子，并将其导入外部电路。
6.电极反应层：电极反应层位于阳极和阴极的界面上，能够促进燃料和氧化剂的反应。
工作原理固体氧化物燃料电池的工作过程可以分为以下几个步骤：1.燃料（如氢气、天然气等）被供应到阳极一侧，同时氧化剂（如氧气）被供应到阴极一侧。
2.在阳极上，燃料发生氧化反应，产生电子和氧离子（O^2-）：H_2 + 2O^{2-} -> 2H_2O + 4e^-3.氧离子通过电解质传输至阴极。
在传输过程中，电子通过外部电路流动形成电流，完成能量转换。
4.在阴极上，氧离子与氧化剂反应生成氧气：O^{2-} + 1/2O_2+ 2e^- -> O_2-5.这个过程持续进行，从而形成稳定的电流输出。
固体氧化物燃料电池具有高能量转换效率、低排放和燃料灵活性的特点，在电力和燃料领域具有广阔的应用前景。
它被广泛应用于发电站、交通工具、家用电器等领域，为可持续能源发展做出了重要贡献。
固体氧化物燃料电池
产品原理
在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池。近些年来，分布式电站由于其成本低、可 维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利 用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分 布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染 的环境效益。
一般的SOFC发电系统包括燃料处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元。图一是一个以天然气为燃料、 常压运行的发电系统。空气经过压缩器压缩，克服系统阻力后进入预热器预热，然后通入电池的阴极。天然气经 过压缩机压缩后，克服系统阻力进入混合器，与蒸汽发生器中产生的过热蒸汽混合，蒸汽和燃料的比例为，混合 后的燃料气体进入加热器提升温度后通入燃料电池阳极。阴阳极气体在电池内发生电化学反应，电池发出电能的 同时，电化学反应产生的热量将未反应完全的阴阳极气体加热。阳极未反应完全的气体和阴极剩余氧化剂通入燃 烧器进行燃烧，燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料和空气之外，也提供蒸汽发生器所需的热量。
单体电池只能产生1V左右电压，功率有限，为了使得SOFC具有实际应用可能，需要大大提高SOFC的功率。为 此，可以将若干个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换技术，在冷热电联供系统中具有广阔的应用前景。
冷热电联供系统是一种集成化的能源利用方式，通过优化热电联产过程，实现能源的高效利用。
SOFC 作为冷热电联供系统的组件之一，具有高效、低排放、灵活性强等优势，因此在能源系统中发挥着越来越重要的作用。
1.SOFC概述SOFC是一种以固体电解质为基础的燃料电池，其主要组成部分包括阳极、阴极和电解质，其中电解质通常为氧化物。
在工作过程中，燃料（通常为氢气、甲烷等）在阳极处发生氧化反应，产生电子和离子，电子通过外部电路形成电流，离子穿过电解质到达阴极，在阴极处与氧气发生还原反应。
这种电化学过程产生的电能可用于供电或其他电力需求，同时SOFC还能够产生高温废热。
2.冷热电联供系统中的应用前景2.1高效能源转换SOFC具有高效率的能源转换特性，其电-热转换效率可达60%以上。
通过将SOFC与其他能源设备集成，如燃气轮机、蒸汽轮机等，可以实现更高效的能源转换，提高整个系统的总体能源利用效率。
2.2低排放与环境友好与传统发电方式相比，SOFC的燃烧过程不仅效率更高，而且排放的主要产物为水蒸气和二氧化碳。
SOFC在冷热电联供系统中的应用有助于减少温室气体排放，符合环保和可持续发展的要求。
2.3灵活性与响应速度SOFC具有较高的热响应速度，可以在短时间内达到额定功率，使其在应对电力需求波动、应急电力供应等方面具备灵活性。
这使得SOFC在冷热电联供系统中能够更好地适应复杂多变的能源需求。
2.4分布式能源系统SOFC可以被部署在分布式能源系统中，通过小型化、模块化的设计，实现能源的近端生产与使用，减少能源传输损失。
这种分布式部署方式有助于提高电力系统的鲁棒性和可靠性。
3.具体应用案例3.1工业厂区冷热电联供将SOFC集成到工业厂区的能源系统中，通过利用SOFC产生的废热供热，同时利用其电力输出满足工业生产的电力需求。
关于固体氧化物燃料电池的文献综述
固体氧化物燃料电池及其制备工艺文献综述1.引言固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。
被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
它除了具有一般的燃料电池的高效率，低污染的优点外，SOFC还具有以下特点：⑴ SOFC的工作温度可达1000摄氏度，是目前所有燃料电池工作温度最高的经由热回收技术进行热电合并发电，可以获得超过80%的热电合并效率。
⑵SOFC的电解质是固体，因此没有电解质蒸发与泄露的问题。
而且电极也没有腐蚀的问题，运转寿命长。
此外，由于构成材料的池体材料全部是固体，电池外形具有灵活性。
⑶SOFC在高温下进行化学反应，因此，无需使用贵重金属作为触媒，且本身具有内重整能力，可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，简化了电池系统。
⑷ SOFC能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80％左右，是一种清洁高效的能源系统。
⑸SOFC具有较高的电流密度和功率密度。
⑹SOFC的系统设计简单，发电容量大，用途较为广泛。
固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。
SOFC的应用范围相当广泛，几乎涵盖了所有的传统的电力市场，包括宅用、商业用、工业用以及公共事业用发电厂等，甚至便携式电源、移动电源、偏远地区用电及高品质电源等，还可作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源。
其中以静置型的商业用电源、工业用热电合并系统及小型电源市场较为看好。
[1]2．固体氧化物燃料电池发展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年，SOFC的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。
固体氧化物燃料电池
平板型SOFC
平板型SOFC的空气/YSZ固体电解质/
燃料电极烧结成一体，组成“三合一”
结构，其间用开设导气沟槽的双极板 连接，使其间相互串联构成电池组。
平板型SOFC的优点：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，由于电流收集均匀， 流经路径短，使平板型电池的输出功率密度较管式高。
平板型SOFC的缺点：
在ＳＯＦＣ中，ＹＳＺ的最重要的用途是制备成致密 的薄膜，用于传导氧离子和分隔燃料与氧化剂。 ＳＯＦＣ阴极－电解质－阳极“三合一”组件有两种 基本结构：电解质支撑型和电极支撑型。两种不同结构 “三合一”组件的电解质薄膜厚度不同。电解质支撑型的 ＹＳＺ薄膜厚度一般在０．２ｍｍ以上，电极支撑型的Ｙ ＳＺ薄膜厚度一般在５－２０μｍ之间。
阳极材料的基本要求：
（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。
在ＺｒＯ２晶格中，每引 入Ｙ３＋，就有一个氧空
位产生。
Sr、Mg掺杂的LaGaO3 (LSGM)
ＬＳＧＭ电解质材料的合成通常采用高温固相反 应法。按化学计量比将Ｌａ２Ｏ３﹑Ｇａ２Ｏ３和掺 杂剂ＳｒＣＯ３ ﹑ＭｇＯ混合均匀，在１０００℃
焙烧３６０ｍｉｎ，将得到的粉料重新研磨，将粉
料在１５００结体；将烧结体在研钵内加入乙醇研磨１２
０ｍｉｎ，即可获得ＬＳＧＭ粉料。
ＬＳＧＭ的结构
ＬａＧａＯ３具有扭曲的钙钛 矿结构，倾斜的ＧａＯ６八面 Ｌａ位于正六面体的中心，组 成正交结构的晶胞。
固体氧化物燃料电池资料
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。
固体氧化物燃料电池工作原理示意图
■平板型 SOFC 的优点 ：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，由于电流收集均匀，流 经路径短，使平板型电池的输出功率密度较管式高。
■平板型SOFC的缺点 ：
密封困难、抗热循环性能差及难以组装成大功率电池组。但是， 当SOFC的操作温度降低到 600~800 ℃后，可以在很大程度上扩 展电池采用的选择范围、提高电池运行的稳定性和可靠性，降低 电池系统的制造和运行成本。
? 管型SOFC是目前最接近商业化的SOFC发电技术。西 门子-西屋动力公司（SWPC）； ? 日本的Kansai 电力公司的管型SOFC已经进行了10529h的
高电流密度放电试验； ? 加拿大的Global 热电公司在中温平板型SOFC研发领域具有
举足轻重的地位； ? 中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院大连化学物理研
二、工作原理
电池含有阴阳两个电极，分别 充满电解液，而两个电极间则 为具有渗透性的薄膜所构成， 氢气和氧气（空气）分别由阳 极和阴极进入燃料电池。经催 化剂的作用，氢气分解为氢离 子和两个电子，其中氢离子迁 移到薄膜的另一边，电子则经 外电路形成电流后到达阴极。 在阴极催化剂的作用下，氢离 子、氧气、电子发生反应生成 水。因此水是反应的唯一排放 物。
三、电池结构
? 由于是全固体的结构，固体氧化物燃料电池 具有多样性的电池结构，以满足不同需求。 主要电池结构有管式、平板式、套管型、单 块叠层结构及热交换一体化的HEXIS结构等 等。不同结构类型的SOFC在结构、性能及 制备等方面各具优缺点。
比较全面的固体氧化物燃料电池综述
比较全面的固体氧化物燃料电池综述固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells，SOFCs）是一种高效、清洁、可再生的能源转化装置，具有很大的应用前景。
SOFCs 的工作原理是利用固体氧化物作为电解质，通过氧化物离子传导产生电能。
本文将综述固体氧化物燃料电池的相关研究进展，并探讨其应用前景和存在的问题。
固体氧化物燃料电池具有很高的能量转化效率。
相较于传统燃料电池，SOFCs能够将化学能转化为电能的效率达到50-60%，甚至更高。
这是因为SOFCs的工作温度较高，通常在800-1000摄氏度，使得电解反应的速率增加，从而提高了电池的效率。
此外，SOFCs还可以直接利用多种燃料，如氢气、甲烷、乙醇等，具有很大的灵活性和适应性。
固体氧化物燃料电池具有较长的使用寿命。
由于SOFCs采用固体氧化物作为电解质，相对于液体电解质的燃料电池，SOFCs不会出现电解液的渗漏和蒸发问题，从而延长了电池的使用寿命。
此外，由于SOFCs的电解反应速率较慢，并且固体氧化物具有较好的稳定性，使得SOFCs的寿命可以达到几万小时。
然而，固体氧化物燃料电池也存在一些问题和挑战。
首先，SOFCs 的高工作温度导致了材料的选择和制备的难度增加。
目前常用的固体氧化物材料有氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化镧等，但这些材料在高温下会发生晶格扩散和机械应力等问题，降低了电池的性能和寿命。
其次，SOFCs的启动时间较长，通常需要几十分钟甚至更长时间才能达到额定功率输出，这限制了其在某些应用中的使用。
此外，SOFCs的成本相对较高，主要原因是材料和制备工艺的复杂性，以及尺寸大、加工困难等因素。
为解决这些问题，当前的研究主要集中在以下几个方面。
首先，研究人员正在寻找更合适的固体氧化物材料，以提高电池的性能和稳定性。
例如，氧化镧钡钛矿材料具有较高的离子传导性能和化学稳定性，被广泛应用于SOFCs中。
其次，研究人员正在探索降低工作温度的方法，以减少材料的损耗和延长电池的寿命。
固体氧化物燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池（ 固体氧化物燃料电池（SOFC） ）
燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂 燃料电池 中的化学能转换为电能的高效发电装置。 。
电解质 阳极 燃 料 阴极 氧气
水、 尾气
水、 尾气
SOFC的优点 的优点： 的优点
① 发电效率高，直接把化学能转变为电能，不受卡若循环 的限制，理论效率可达80%； ②可使用多种燃料：氢气、甲烷、天然气； ③排放高温余热可进行综合利用，易于实现热电联产，燃 料利用率高 ④低噪声，低排放，是清洁能源； ⑤重量轻，体积小，比功率高（600W/Kg）。有较高的电 流密度和功率密度，较小的极化损失和欧姆损失； ⑥不用贵金属，不存在液态电解制腐蚀及封接问题
电极材料 ：
SOFC中电极有阳极和阴极之分，阳极位于燃料气一侧，而阴 极位于氧气一侧。 阳极材料：目前普遍采用Ni-YSZ材料为阳极材料，它具有催 化活性高、价格低等优点。 。
阴极材料：目前，SOFC中广泛采用的阴极材料是锶掺杂的 亚锰酸镧（LSM）钙钛矿型材料.因为它具有高的电子电导 性、电化学活性和与YSZ相近的热膨胀系数等综合优良性 能。
平板式结构 瓦楞状结构
S型结构 管式结构
1-支撑体；2-蛇形沟槽；3-阳极；4-电解质；5-阴极 支撑体； 蛇形沟槽 蛇形沟槽； 阳极 阳极； 电解质 电解质； 阴极 支撑体
SOFC的工作原理： 的工作原理： 的工作原理
SOFC的主要工作部分由空气电极（阴极）、具有氧离子 电导的固体电解质和燃料电极（阳极）所组成。
连接体材料： 连接体材料：
它一边与一个单电池的阳极连接，另一边与另一个单电 池的阴极连接，因而也称为双极连接材料，即连接两个 单电池的阴极和阳极。 目前主要有两类材料能满足平板式SOFC连接材料的要 求：一种是钙或锶掺杂的铬酸镧钙钛矿材料La1xCaxCrO3（LCC）；另一类材料是耐高温Cr-Ni合金材 料。 管式SOFC的连接材料一般采用LCC，用电化学气相沉 积法（EVD）沉积在亚锰酸镧（LSM）电极上烧结而成， 厚度约40µm。
固体氧化物 燃料电池
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高温燃料电池，其工作原理是利用固体氧化物作为电解质，将化学能直接转化为电能。
固体氧化物燃料电池通常由阳极、阴极和固体氧化物电解质层组成。
首先，让我们从固体氧化物燃料电池的工作原理角度来看。
在固体氧化物燃料电池中，燃料（通常是氢气、一氧化碳或甲烷）在阳极处发生氧化反应，释放出电子和离子。
这些离子通过固体氧化物电解质层传导到阴极，与来自外部电路的氧气发生还原反应，生成水和热能。
同时，电子流经外部电路，产生电能。
这种高温下的反应使固体氧化物燃料电池具有较高的能量转化效率。
其次，从固体氧化物燃料电池的优点和应用角度来看。
固体氧化物燃料电池具有高效率、低污染、燃料灵活性和较高的燃料利用率等优点。
它可以利用多种燃料，包括天然气、生物质气体和合成气等，因此在工业、交通和航空航天等领域具有广泛的应用前景。
此外，从固体氧化物燃料电池的发展和挑战角度来看。
固体氧化物燃料电池技术在高温操作、材料稳定性和成本等方面仍面临挑战。
然而，随着材料科学和工程技术的不断进步，固体氧化物燃料
电池正逐渐成为清洁能源领域的研究热点，未来有望成为替代传统
燃料电池和燃煤发电的重要技术。
总的来说，固体氧化物燃料电池作为一种高效、清洁的能源转
换技术，具有广阔的应用前景和发展空间。
通过不断的研究和创新，相信固体氧化物燃料电池将在未来发挥重要作用，推动清洁能源技
术的发展。
固体氧化物燃料电池(特点、结构组成、原理)
固体氧化物燃料电池（特点、结构组成、原理）固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。
被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
固体氧化物燃料电池特点固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。
在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。
固体氧化物燃料电池结构组成固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等，是其广泛应用的基础。
固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质(electrolyte)、阳极或燃料极(anode，fuel electrode)、阴极或空气极(cathode，air electrode)和连接体(interconnect)或双极板(bipolar separator)组成。
固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。
其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为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。
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。
在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。
在阴极一侧持续通人氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。
固体氧化物燃料电池1汇总.共42页
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
主要内容
1
SOFC的工作原理
2
SOFC的结构
3
SOFC研究现状
SOFC的发展：
➢1899 年，Nernst发明了固体氧化物电解质而宣告开始 ➢1937年，Baur 和Preis制造了第一个在1000℃下运行的 陶瓷燃料电池 ➢1962 年美国的Weissbart 和Ruka首次用甲烷作燃料, 为 SOFC 的发展奠定了基础 ➢1986年, 400W管式SOFC 电池组在田纳西洲运行成功 ➢1989 年又在日本东京、大阪煤气公司各安装了3KW级 列管式SOFC发电机组, 成功连续运行长达5000h, 这标志 着SOFC 研究从实验室规模向商业化发展又迈近了一步
密封困难、抗热循环性能差、难以组装成大功率电池组。
管型SOFC
管式SOFC电池组由一端封闭 的管状单电池以串联、并联 方式组装而成。每个单电池 由内到外由多孔支撑管、空 气电极、固体电解质薄膜和 金属陶瓷阳极组成。
✓ 管型SOFC的优点：
➢ 单电池间的连接体设在还原气氛一侧，这样可使用廉价的金属材料作电流收 集体。
平板型SOFC中空气/YSZ固体 电解质/燃料电极烧结成一体， 组成“三合一”结构，其间用 开设导气沟槽的双极板连接， 使其间相互串联构成电池组。
✓ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ板型SOFC的优点：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，电流收集均匀， 流经路径短，使平板型电池的输出功率密度较管式高。
平板型SOFC的缺点：
1. SOFC工作原理
外电路
➢氧化钇稳定的氧化锆膜作 为电解质，在高温下(9001000℃)传递O2-，在电池中 起着传导O2-、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。
SOFC阳极材料的基本要求：
（1）稳定性 在燃料气氛中，阳极材料必须在化学性质、 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。
质子交换膜燃料电池 (Proton exchange membrane fuel cell-----PEMFC) -----全氟或者部分氟化的磺酸型质子交换膜
固体氧化物燃料电池 (Solid oxide fuel cell----- SOFC) --------氧化钇稳定的氧化锆膜为氧离子导体
固体氧化物燃料电池 （ Solid oxide fuel cell---- SOFC ）
燃料电池分类
碱性燃料电池(Alkaline fuel cell ----AFC) ------氢氧化钾/钠为电解质
磷酸燃料电池(Phosphoric acid fuel cell------PAFC) ------浓磷酸为电解质
（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。
阳极材料及性能
（一）Ni-YSZ金属陶瓷阳极
电流通过的路径较长，限制了SOFC的性能。
2. SOFC的结构
➢阳极 ➢阴极 ➢电解质
2.1 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
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
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
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
优点：
能量转换效率高 固态电解质对硫污染的具有较高的耐受性更稳定 无污染，可实现零排放 全固态，无液态电极腐蚀和电解质液渗漏等问题 高温操作, 余热利用率高 不需要贵金属催化剂
SOFC分类
平板型SOFC 管型SOFC
平板型SOFC-----氧化钇稳定的氧化锆膜-----YSZ
➢ 单电池采用串联、并联方式组合到一起，可以避免当某一单电池损坏时电池 组完全失效。用镍毡将单电池的连接体联结起来，可以减小单电池间的应力。
➢ 电池组相对简单，容易通过电池单元之间并联和串联组成大功率的电池组。 ➢ 一般在很高的温度下操作，主要用于固定电站，高温SOFC一般采用管型结构。
管式SOFC的缺点：
（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， 在1000℃以下几乎不与电解质YSZ及连接材料 LaCrO3发生反应。
在室温至SOFC操作温度范围内无相变产生。
（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Ni含量密切相关。
❖当Ni的比例低于30％时Ni-YSZ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
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。
（1）Ni-YSZ 金属陶瓷阳极的制备
➢管式SOFC通常采用化学气相沉积 -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
➢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。
（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。
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。