固体氧化物燃料电池课件.ppt

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1、固体氧化物燃料电池（Solidoxidefuelcell-----SOFC）燃料电池分类碱性燃料电池(Alkalinefuelcell----AFC)------氢氧化钾/钠为电解质磷酸燃料电池(Phosphoricacidfuelcell------PAFC)------浓磷酸为电解质质子交换膜燃料电池(Protonexchangemembranefuelcell-----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(Solidoxidefuelcell-----SOFC)

2、--------氧化钇稳定的氧化锆膜为氧离子导体熔融碳酸盐燃料电池(MoltencarbonatefuelcellMCFC)-----熔融的锂钾或锂钠碳酸盐为电解质主要内容1SOFC的工作原理2SOFC的结构3SOFC研究现状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

3、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SOFC的发展：1.SOFC工作原理氧化钇稳定的氧化锆膜作为电解质，在高温下(900-1000℃)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。外电路优点：能量转换效率高固态电解质对硫污染

4、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。-----氧化钇稳定的氧化锆膜-----YSZ平板型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：密封困

5、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。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

6、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：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

7、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。（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。阳极材料及性能阳极催化剂有：

8、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）Ni-YSZ金属陶瓷阳极（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