固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展李勇邵刚勤段兴龙王天国(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉430070)摘要：固体氧化物燃料电池(SOFC)被誉为21世纪最具有发展潜力的能源材料之一，它的热效率高、燃料的适应性强．能很好地满足区域供电、供热的需要，具有重要的经济和社会意义。本文综述了SOFC电解质的研究进展，指出在诸多的电解质材料中，尽管氧化铋系电解质拥有最高的电导率，但由于其化学稳定性很差，难以获得广泛的应用；氧化钇全稳定的氧化锆(YSZ)由于其中低温

2、的电导率较低，只适用于高温SOFC；稀土掺杂的氧化铈和LaGaO,钙钛矿材料拥有较高的中低温电导率，性质较为稳定，是适用于中低温SOFC的电解质材料。关键词：固体氧化物燃料电池；电解质；进展在所有的燃料电池中，固体氧化物燃料电池有较高的机械强度和韧性。(SOFC)由于其独有的全固态结构、低成本、燃料使用电解质材料按照导电离子的不同可以分为2类：范围广、可以在电池内部进行燃料重整以及高效率热质子导电电解质和氧离子导电电解质。电联产等特点，成为燃料电池领域中的研究热点。特别目前，对质子导电电解质的研究还局限于基础材是20世

3、纪80年代以后，由于全球能源问题的日益突料、导电机理等方面，且能应用的燃料范围有限，有关出和材料科学的迅速发展，日本、美国和欧盟等纷纷加这方面的报道不多。在质子导电电解质中，锆酸钡虽然大了对SOFC的研究力度，取得了一系列的突破，以美稳定但质子电导率很差，稀土掺杂的BaCeO，钙钛矿结国西门子西层电气公司为代表的国外公司已经使构材料(如20％Gd掺杂的BaCeO，)有非常好的质子电SOFC走向早期商业运行阶段。导率，但这种电解质的化学稳定性和耐湿性很差，在含二由于SOFC的运行温度比较高(600—1000oC)，由氧化

4、碳或水气氛下容易分解为碳酸钡和氧化铈。Shimada此带来的电解质、电极材料的选择、相互匹配和密封等等⋯研究了部分质子导电体BaZroCe0．Ino．：O，(BZCI)的技术问题仍没有完全解决，为了使SOFC得到更优异导电性能，发现它在富氢气氛下，具有很好的质子导电性；的性能，需要更进一步的研究。更重要的是，选取合适在富氧气氛下，同时具有质子电导、氧离子电导和一定程的材料来降低工作温度，从而降低SOFC系统的成本，度的电子电导；并利用PtIBZCIIPt电池分别在800oC和促使其更为广泛的商业化也是迫切需要解决的问题

5、之600oC获得了870mV和l020mV的开路电压一(OCV)。Fehringer等研究了钙掺杂的铌酸钡(BCN)0SOFC的电解质材料是制约其运行温度的关键，质子导电电解质的导电及机械性能。Magraso等研究本文综述了固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进了Gd掺杂BaPrO质子导电电解质。展。目前研制的固体氧化物燃料电池被广泛应用的仍是氧离子导电电解质，主要包括氧化锆系、氧化铈系、1电解质材料研究进展钙钛矿系和一些其它系列电解质以及不同类之间的复合电解质等。电解质材料的选取对SOFC的制备有着至关重要1．1氧化锆

6、系电解质的作用。在氧化和还原环境中以及从室温到工作温度氧化锆系电解质中，氧化钇全稳定氧化锆(YSZ)研范围内，电解质必须要有足够高的离子电导率和低得究得最早，也是目前研究得最充分的固体氧化物燃料可以忽略的电子电导率，并且是化学稳定和物理稳定电池电解质材料，有关其晶型结构和氧离子导电机理的，要与电极材料有良好的化学相容性和热膨胀性，要不再在此赘述。目前关于YSZ的研究主要集中在使其作者简介；李勇(1980～)，男。硕士研究生．主要从事固体氧化物燃料电池的研究42维普资讯http://www.cqvip.com薄膜化和与其

7、它氧离子导电电解质进行复合等方面，2．2氧化铈系电解质以降低其工作温度。’氧化铈系电解质的电导率在800℃以下比YSZ电deSoula等采用凝胶沉淀法制备了YSZ厚度导率高几倍到1个数量级，是近几年来应用于中温为10m的阳极支撑型电池，在800。c时得到了SOFC的新型电解质材料。纯氧化铈属于立方萤石型结19350W／m的功率密度，这远远高于高温SOFC(工构，为N型半导体，离子导电很小。但是由于氧化铈中作温度为950～1000oC)的输出功率密度。Seung—的铈离子半径很大，当掺人2价或3价氧化物后，在高Goo等利

8、用溶胶一凝胶涂层法在氧化钇掺杂的氧化温下表现出高的氧离子电导和低的电导活化能。因此铈(YDC)基体上涂覆1层约2m厚的YSZ作为双层可以作为SOFC的电解质材料。在氧化铈中掺杂的元复合电解质，结果发现，在800。C下电流密度为2850素有Gd，Y，sm，sr，La，Pr和Ba等。表J列出了不同元A／m时功率密度为1220W／m，而