固体氧化物燃料电池地原理及制备方法

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1、实用文案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(SolidOxideFuelCell，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：⑴SOFC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

2、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。⑷SOFC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，

3、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]标准文档实用文案2．固体氧化物燃料电池发展背景燃料电池的

4、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。以美国西屋电气公司(WestinghouseElectricCompany)为代表，研制了管状结构的SOFC，用挤出成型方法制备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积方法制备厚度在几十到100μm的电解质薄膜和电极薄膜。1987年，该公司在日本安装的25kW级发电和余热供热SOFC系统，到1997年3月成功运行了约1.3万小时；1997年12月，西门子西屋公司(SiemensWestinghous

5、eElectricCompany)在荷兰安装了第一组100kW管状SOFC系统，截止到2000年底封闭，累计工作了16,612小时，能量效率为46%；[17]德国西门子公司1995年开发出10kW级的平板型SOFC，1996年又推出7.2kW级模块。德国尤利希研究中心(ResearcherCenterJuelich)，Fraunhofer陶瓷技术和烧结材料研究院(FraunhoferInstituteCeramicTechnologyandSinterMa2terial)等都获得了数千瓦级的功率输出。瑞士Sul

6、zerTechnologyCorp.积极开发家庭用SOFC，目前已经开发出1kW级模块。英国的“先进燃料电池计划”开始于1992年，该计划又并进英国“新能源和可再生能源计划”，目标是到2005年实现SOFC现场试验和示范。同时，以英、法、荷等国家的大学和国立研究所为中心的研究机构，正在积极研究开发中、低温型SOFC电池材料。[11]为推动SOFC发展，欧共体1994年建立了“欧洲十年，燃料电池研究发展和演示规划”项目，目的是集中气力，加速推动SOFC的贸易化。我国研究燃料电池的机构主要有中国科学院上海硅酸盐研究

7、所、中国科学院大连化学物理研究所、中国科学技术大学、吉林大学、清华大学等单位。[2]3.固体氧化物燃料电池（SOFC）的工作原理在固态氧化物燃料电池（SOFC）中，电解质采用固体氧化物氧离子(O2-)导体(如最常用的Y2O3稳定的氧化锆简称YSZ)，起传递O2-及分离空气和燃料的双重作用。其工作原理如图1-1所示：能量转换是通过电极上的电化学过程来进行的，阴阳极反应分别为：标准文档实用文案其中燃料气体可以是H2，也可以是燃料气体，而O2来源于空气。式中，下标c、a和e分别表示在阴极、阳极和电解质中的状态。[7]

8、当一个外部载荷加到电池上时，氧气在多孔的阴极还原成氧离子,然后通过固体电解质传输到阳极，与燃料（如H2，CO）反应生成H2O或CO2。在一定条件下CH4也可以在阳极直接氧化为H2O和CO2。电池的开路电压U0可以由下式计算得出，即式中：ΔG——电化学反应的自由能变化；ΡO2(c)——阴极的氧气分压；[3]4.标准文档实用文案固体氧化物燃料电池（SOFC）的组件与材料目前，固体氧化物燃料