固體氧化物燃料電池(SOFC)

1、固體氧化物燃料 電池 固體氧化物燃料電池（固體氧化物燃料電池（SOFC） 燃料電池燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑 中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的高效發(fā)電裝置。 陽極 電解質(zhì) 陰極 燃 料 氧氣 水、 尾氣 水、 尾氣 SOFC的優(yōu)點的優(yōu)點： 發(fā)電效率高，直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，不受卡若循環(huán) 的限制，理論效率可達80%； 可使用多種燃料：氫氣、甲烷、天然氣； 排放高溫余熱可進行綜合利用，易于實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃 料利用率高 低噪聲，低排放，是清潔能源； 重量輕，體積小，比功率高（600W/Kg）。有較高的電 流密度和功率密度，較小的極化損失和歐姆損失； 不用貴金屬，不存在液態(tài)電解制腐蝕及封接問題 S

2、OFC的問題的問題： l操作溫度高導(dǎo)致電池啟動慢，需要更多的保溫設(shè)備以維持電 池高溫 l不適用于交通工具與隨身攜帶 SOFC的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)： SOFC主要由電解質(zhì)層、陽極和陰極所組成，在電解質(zhì)兩側(cè) 加上陽極和陰極，成為三明治式結(jié)構(gòu)，這是SOFC的最基本 的結(jié)構(gòu)之一。 SOFC的三明治式結(jié)構(gòu) 根據(jù)電解質(zhì)膜形狀的不同，SOFC結(jié)構(gòu)可分為：平板式、管 式、瓦楞式、塊狀式，還有經(jīng)過改造的S型。 平板式結(jié)構(gòu) 管式結(jié)構(gòu) 瓦楞狀結(jié)構(gòu) S型結(jié)構(gòu) 1-支撐體；支撐體；2-蛇形溝槽；蛇形溝槽；3-陽極；陽極；4-電解質(zhì)；電解質(zhì)；5-陰極陰極 SOFC的工作原理：的工作原理： SOFC的主要工作部分由空氣電極（陰極

3、）、具有氧離子 電導(dǎo)的固體電解質(zhì)和燃料電極（陽極）所組成。 OHeHO 22 22 2 1 陽極反應(yīng) eHH22 2 陰極反應(yīng) OHOH 222 2 1 整個反應(yīng) QFnI連接陰極陽極可以得到的電流大小為 陽極陽極電解質(zhì) 陰極 O2 H2O e-e- H2 H+ SOFC固體電解質(zhì)材料固體電解質(zhì)材料: u氧化鋯基電解質(zhì) u氧化鈰基電解質(zhì)材料 u氧化鉍基電解質(zhì)材料 u摻雜LaGaO3電解質(zhì)材料 其中，氧化鋯基電解質(zhì)材料是高溫電解質(zhì)材料，以ZrO2為基的電 解質(zhì)在低溫下的比電阻過大，電流密度為I=150mA/cm2時內(nèi)阻和 電極極化引起的電壓降將高達0.2V，這個損失是很大的，所以必 須工作在10

4、00以上的溫度下，才能獲得比較大的電導(dǎo)率。 電極材料電極材料 ： SOFC中電極有陽極和陰極之分，陽極位于燃料氣一側(cè)，而陰 極位于氧氣一側(cè)。 陽極材料：目前普遍采用Ni-YSZ材料為陽極材料，它具有催 化活性高、價格低等優(yōu)點。 陰極材料：目前，SOFC中廣泛采用的陰極材料是鍶摻雜的 亞錳酸鑭（LSM）鈣鈦礦型材料.因為它具有高的電子電導(dǎo) 性、電化學(xué)活性和與YSZ相近的熱膨脹系數(shù)等綜合優(yōu)良性 能。 連接體材料：連接體材料： 它一邊與一個單電池的陽極連接，另一邊與另一個單電 池的陰極連接，因而也稱為雙極連接材料，即連接兩個 單電池的陰極和陽極。 目前主要有兩類材料能滿足平板式SOFC連接材料的要

5、求：一種是鈣或鍶摻雜的鉻酸鑭鈣鈦礦材料La1- xCaxCrO3（LCC）；另一類材料是耐高溫Cr-Ni合金材 料。 管式SOFC的連接材料一般采用LCC，用電化學(xué)氣相沉 積法（EVD）沉積在亞錳酸鑭（LSM）電極上燒結(jié)而成， 厚度約40m。 高溫?zé)o機密封材料：高溫?zé)o機密封材料： 高溫?zé)o機密封材料也是平板式高溫?zé)o機密封材料也是平板式SOFC的關(guān)鍵材料之一，用于組裝的關(guān)鍵材料之一，用于組裝 電池時夾層平板結(jié)構(gòu)和雙極連接板之間的密封。電池時夾層平板結(jié)構(gòu)和雙極連接板之間的密封。 高溫密封材料主要采用高溫密封材料主要采用高溫玻璃材料高溫玻璃材料或或玻璃玻璃/陶瓷復(fù)合材料。陶瓷復(fù)合材料。 玻璃焊料可以采用純玻璃的結(jié)構(gòu)或微晶