固体氧化物燃料电池资料ppt课件

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 究所、中国科技大学等正在进行平板型SOFC的研发。
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固体氧化物燃料电池工作原理示意图
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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。
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❖ 我国SOFC 的研制始于1971 年,当时中科院上海硅酸盐研 究所开展SOFC 的电解质材料和电极材料的研究. 近几年 来,国内吉林大学,清华大学,华南理工大学,科技大学,中国科 学院物理研究所,上海硅酸盐所,北京化冶所和大连化物所 分别开展SOFC 的相关材料,单电池组装及测试方面的研究 工作. 上海硅酸盐所在氧化锆电解质,电极材料和SOFC 单 电池制备研究方面开展了大量的工作,大连化物所90 年代 初开始固体氧化物燃料电池究,Pt/YSZ ,LSM/YSZ ,Ni2YSZ 等电极制备,性能优化以及电极上电化学过程进行了大量深 入的研究 ,提出LSM 电极中氧空位的形成机理,LSM + YSZ 复合电极中YSZ 的作用机理 . 研制出平板式单电池,用H2 或CH4 作燃料功率密度达到0. 15 W/ cm2.
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■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。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。管型SOFC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。管型SOFC一般在很高的温度下操作，主要用于固定电站 系统，所以高温SOFC一般采用管型结构。
■管型SOFC的缺点：
电流通过的路径较长，限制pp了t课S件O. FC的性能。
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平板型SOFC
❖ 平板型固体氧化物燃料电池的几何 形状简单，其设计形状使得制作工 艺大为简化。平板式SOFC结构组 成如图3a所示。阳极、电解质、阴 极薄膜组成单体电池，两边带槽的 连接体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。
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四、特点
❖ (1) 运行温度高（一般为800－1000℃），阴、阳极的化学反应速 率大，并接近于热力学平衡，电极处的极化阻抗小，可以通过大 的电流密度，不需要贵重的催化剂；
❖ (2) 由于固体氧化物电解质的透气性很低，电子电导率低，开路时 电压可以达到理论值的96％；
❖ (3) 由于SOFC运行温度高，便于利用高温废气，可实现热电联产， 燃料利用率高；
❖ (4) 全固体结构，避免了液态电解质对材料的腐蚀，解决了电解液 的控制问题；
❖ (5) 氧化物电解质很稳定，抗毒性好。电极有相对较强的抗污染能 力；
❖ (6) 可使用多种燃料，包括直接使用碳氢化合物； ❖ (7) 不要求外围设备条件，诸如不需要湿度控制、空气调节等。
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五、SOFC的国内外研究与开发现状
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■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。
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❖ 目前,正开展中温SOFC 的研制,在多孔Ni2YSZ 基膜上制 备负载型YSZ 膜(10～20μm) 方面,已取得初步成效. 中科 院化冶所在1995 年从俄罗斯引进了20 W 块状叠层电池组 进行了运行试验,并设计了一种新型SOFC 结构,申请了专 利 . 华南理工大学成功研制出瓦级管式SOFC 单电池 ,吉 林大学正承担计委kW 级SOFC 电池组的研究工作. 我国 在“九五”期间,SOFC 的研究与发展得到了重视,国家计 委,科委,自然科学基金委以及其它部门分别立项,组织开展 这方面的研究和攻关工作,经费投入也有较大的增加.
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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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管式SOFC
❖ 管状结构SOFC是最早发展的一种 形式，也是目前较为成熟的一种 形式。单电池由一端封闭、一端 开口的管子构成，如图2a所示。 最内层是多孔支撑管，由里向外 依次是阴极、电解质和阳极薄膜。 氧气从管芯输入，燃料气通过管 子外壁供给。 目前管状结构单电池已经运行了 数万小时。单电池通过阴、阳极 间连接形成电池堆，如左图所示。
固体氧化物燃料 电池
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一、含义
❖ 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 一种等温、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。
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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。