燃料电池36固体氧化物燃料电池ppt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固体氧

2、化物燃料电池(Solidoxidefuelcell-----SOFC)--------氧化钇稳定的氧化锆膜为氧离子导体主要内容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5000

3、h,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：我国硅酸盐固体氧化物燃料电池取得突破目前各类燃料电池中能量转化效率最高的“陶瓷电池”，竟是一枚约1毫米薄、巴掌大小的陶瓷片。从中科院上海硅酸盐研究所获悉，该所固体氧化物燃料电池小组在国内率先取得突破进展，有能力将300片“陶瓷电池”层叠串联，功率可满足一户普通家庭用电需求。一块仅10厘米见方的陶瓷电池单片。其关键夹层是一片以氧化锆为主要成分的特种陶瓷，厚度为0.015毫米，比纸还薄。陶瓷薄膜正面涂有黑色的稀土金属复合氧化物，作为正极；反面是一层较厚的绿色“金属陶瓷”，作为负极

4、。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

5、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

6、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：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SO

7、FC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。轧膜法、rolled film：一种陶瓷坯片的成型方法粉料和有机黏结剂混合均匀在两个反向滚动的轧辊上反复进行混练，使黏结剂和粉料充分均匀分布，溶剂逐步挥发(必要时可开电风扇加速其挥发)，坯料由稀到稠，直至不粘轧辊混练好的坯料经过折迭、倒向、反复进行粗轧，将其中气泡排除，以获得均匀一致的膜层再逐渐缩小轧辊间的间距进行精轧，使之成为所需的薄膜(厚度可达十微米至几毫米)轧膜常用黏结剂为聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯等有机高分子化合物，有时还加入分散剂，增塑

8、剂等轧膜成型的优点是工艺简便，轧出的膜片表面光滑，均匀，致密反复轧膜，常会引入少量杂质，有时对产品电性能产生