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固體氧化物染料電池內(nèi)容簡介發(fā)展歷史固體氧化物燃料電池簡介電池工作原理電池組成應(yīng)用優(yōu)缺點固體氧化物燃料電池的發(fā)展二十世紀80年代以后,美國西屋用擠出成型的方法制備多孔氧化鋁或復合氧化鋯支撐管,然后采用電化學氣象沉積方法制備厚度在幾十到100μm的電解質(zhì)和電極薄膜。1987年,該公司在日本安裝的25kw級發(fā)電和余熱供暖SOFC系統(tǒng),到1997年3月成功運行了1.3萬小時。1997年12月,西門西屋公司在荷蘭安裝了第一組100kw管狀SOFC系統(tǒng),截止到2000年底關(guān)閉,累計工作了16612小時,能量效率為46%,2002年5月,西門西屋又與加州大學合作,在加州安裝了一套220kwSOFC與氣體渦輪機聯(lián)動發(fā)電系統(tǒng),目前獲得的能量轉(zhuǎn)化效率為58%,預測有望達到70%。加拿大的環(huán)球熱電公司,美國GE等公司在開發(fā)平板型SOFC上取得進展,目前正在對千瓦級模塊進行試運行。環(huán)球熱電公司獲得的功率密度,在700℃運行時,達到0.723W/cm2。2000年6月,完成了1135kw電池系統(tǒng)運行1100小時試驗日本工業(yè)技術(shù)院電子技術(shù)綜合研究所在1984年進行了500w發(fā)電試驗,輸出最大功率為1.2kw,1992年開始,富士電機綜合研究所和三洋電機共同研究,并在2000年9月11日實現(xiàn)了功率輸出為15kw的平板式SOFC連續(xù)運行1000小時無衰減。在汽車應(yīng)用領(lǐng)域,SOFC發(fā)展也很活躍,奔馳汽車制造公司1996年對2.2kw級模塊試運行達6000小時。2001年2月16日,由BMW與DelphiAutomotiveSystemsCorporation合作近兩年研制的第一輛由SOFC作為輔助電源系統(tǒng)的汽車在慕尼黑問世,作為第一代SOFC/APU系統(tǒng),其功率為3KW,電壓輸出為21KV,其燃料消耗比傳統(tǒng)汽車降低46%固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell,簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池,是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學發(fā)電裝置。被普遍認為是在未來會與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。氧離子電導燃料電池化學反應(yīng)示意圖和一般染料電池一樣,SOFC也是把反應(yīng)物的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學裝置,只不過工作溫度較高,一般在800—1000℃,由陽極、陰極及兩級間的電解質(zhì)組成。在陽極一側(cè)持續(xù)通入燃料氣,如
H2,CH4、,煤氣等,具有催化作用的陽極表面吸附氣體例如氫,并通過陽極的多空結(jié)構(gòu)擴散到陽極與電解質(zhì)的界面,在陰極一側(cè)持續(xù)通入氧氣或空氣,具有多孔結(jié)構(gòu)的陰極表面吸附氧,由于陰極本身的催化作用,使得O2得到電子變?yōu)镺2-進入起電解質(zhì)作用的固體離子導體,由于濃度梯度引起擴散,最終到達固體電解質(zhì)與陽極的界面,與燃料氣體發(fā)生反應(yīng),失去的電子通過外電路回到陰極。SOFC工作原理SOFC結(jié)構(gòu)陰極材料固體氧化物電解質(zhì)固體氧化物燃料電池組單體燃料電池只能產(chǎn)生1V左右的電壓,期功率是有限的,為了獲取大功率SOFC,必須將若干個單電池以各種方式(串聯(lián),并聯(lián),混聯(lián))組裝恒電池組,目前主要發(fā)展了管式結(jié)構(gòu)和平板式結(jié)構(gòu)兩種形式。另外還有整體式和分段式。管狀結(jié)構(gòu)SOFC管狀結(jié)構(gòu)SOFC是最早發(fā)展的一種形式,單電池由一端封閉、一端開口的管子構(gòu)成,最內(nèi)層但是多孔支撐管,由里向外依次是陰極、電解質(zhì)和陽極薄膜。氧氣從管芯輸入,燃料電池通過管子外壁供給。目前管狀結(jié)構(gòu)單電池已經(jīng)運行了數(shù)萬小時。單電池通過陰、陽極間連接成電池堆,陽極與連接體相連接形成串聯(lián),陽極與陽極相連接形成并聯(lián)。管狀結(jié)構(gòu)式目前較為成熟的一種形式。平板式結(jié)構(gòu)SOFC電池堆平板式結(jié)構(gòu)SOFC近幾年才引起了人們的關(guān)注,這種集合形狀簡單的設(shè)計使其制作工藝大為簡化。平板式SOFC由陽極、電解質(zhì)、陰極薄膜組成單體電池,兩邊帶槽的來接替連接相鄰陰極和陽極,并在兩側(cè)提供氣體通道,同時隔開兩種氣體。目前平板式SOFC也在進行千瓦量集電池度的試驗。平板式結(jié)構(gòu)電池堆中,電池串聯(lián)連接,電流依次通過各薄層,路徑短,內(nèi)阻歐姆損失小,能量密度高,結(jié)構(gòu)靈活,氣體流通方式多,組元分開設(shè)備,工業(yè)簡便,組元分別組裝,電池質(zhì)量易于控制,電解質(zhì)薄膜話,可以降低工作溫度(700-800℃),從而可以采用金屬連接體。目前的難點是實現(xiàn)氣體密封,采用陶瓷-玻璃壓縮封閉,一造成層間裂紋,連接處電阻高,損失大。陶
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