固体氧化物燃料电池.ppt

《固体氧化物燃料电池.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、燃料电池燃料电池是化学电源的一种。只要连续不断地向电池中输送燃料及氧化剂，电池就能连续不断地输出电能。一、发展史1839年就由WilliamGrove提出燃料电池的原理装置。1894年W.Ostwald指出燃料电池不受卡诺循环的限制其能量转换效率可以达到50～80%1959年培根(Bacon)制造了可以使用的燃料电池1965年和1966年美国相继在‘双子星座’和‘阿波罗’飞船重成功地应用改进了的培根H2-O2燃料电池提供电力。在航天领域燃料电池得到了发展。20世纪70年代美国Target财团开发成功12.5kW的磷酸型燃料电池。1986年又完

2、成了50台40kw的电池组在美国和日本应用。1994年美国的IFC研制了200kw机组。60年代出现了质子交换膜燃料电池，因为电阻大寿命短限制了使用。80年代PEMFC迅速发展。１9９７年能斯特制备氧化锆加氧化钇离子导提上世纪５０年代荷兰、美国开发了固体氧化物电池二、特点长时间不间断的工作;能量转换效率可以达到50～80%；工作时无噪音;燃料可以是气体液体和固体.与环境友好。三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

3、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。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。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。SOF

4、C的结构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。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

5、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。（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。（一

6、）Ni-YSZ金属陶瓷阳极（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。（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

7、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。（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。（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

8、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