新能源材料 固体氧化物燃料电池(SOFC)VIP免费

第九章固体氧化物燃料电池（第九章固体氧化物燃料电池（SOFCSOFC））第一节概述第一节概述一、电池的工作原理一、电池的工作原理固体氧化物燃料电池电化学反应过程示意图固体氧化物燃料电池工作原理图简单的简单的SOFCSOFC由阴极、阳极、电解质和用电器所组成。由阴极、阳极、电解质和用电器所组成。氧氧分子在空气极得到电子，被还原成氧离子分子在空气极得到电子，被还原成氧离子OO2-2-，在阴阳极，在阴阳极氧的化学位差作用下，氧离子（通常以氧空位的形式）氧的化学位差作用下，氧离子（通常以氧空位的形式）通过电解质（固态）传输到阳极，并在阳极同燃料发通过电解质（固态）传输到阳极，并在阳极同燃料发生，生成水和电子，电子通过外电路的用电器做功，生，生成水和电子，电子通过外电路的用电器做功，并形成回路。并形成回路。阴极反应阴极反应：：OO22+4e+4e→2O→2O2-2-阳极反应阳极反应：：HH22(g)+O(g)+O2-2-→H→H22O(g)+2eO(g)+2e总反应总反应：：2H2H22+O+O22→2H→2H22OO同其他燃料电池的区别：同其他燃料电池的区别：热损失在热损失在SOFCSOFC中可以得到有效的利用：一是这些热中可以得到有效的利用：一是这些热量保证了量保证了SOFCSOFC在高温下运行；二是高温热量可以有在高温下运行；二是高温热量可以有效的利用，如蒸汽发电等；效的利用，如蒸汽发电等；SOFCSOFC可以直接使用任何可燃物质作为燃料。可以直接使用任何可燃物质作为燃料。二、二、SOFCSOFC的结构类型及其特点的结构类型及其特点常采用的结构类型有常采用的结构类型有管型管型和和平板型平板型两种。两种。管型管型SOFCSOFC电池组由一端封闭的管状单电池以串联、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。并联方式组装而成。平板型平板型SOFCSOFC的空气电极的空气电极/YSZ/YSZ固体电解质固体电解质//燃料电极燃料电极烧结成一体，组成“三合一”结构（烧结成一体，组成“三合一”结构（PENPEN）。）。SOFCSOFC的优点的优点：：♪全固态的电池结构，避免了使用液态电解质所全固态的电池结构，避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电解液流失等问题；带来的腐蚀和电解液流失等问题；♪对燃料的适应性强；对燃料的适应性强；♪能量转换效率高；能量转换效率高；♪不需要使用贵金属催化剂；不需要使用贵金属催化剂；♪低排放，低噪声；低排放，低噪声；♪规模和安装地点灵活。规模和安装地点灵活。三、三、SOFCSOFC的国内外研究与开发现状的国内外研究与开发现状管型管型SOFCSOFC是目前最接近商业化的是目前最接近商业化的SOFCSOFC发电技术。发电技术。西西门子门子--西屋动力公司（西屋动力公司（SWPCSWPC）；）；日本的日本的KansaiKansai电力公司的管型电力公司的管型SOFCSOFC已经进行了已经进行了10529h10529h的高电流密度放电试验；的高电流密度放电试验；加拿大的加拿大的GlobalGlobal热电公司在中温平板型热电公司在中温平板型SOFCSOFC研发领研发领域具有举足轻重的地位；域具有举足轻重的地位；中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院大连化学中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院大连化学物理研究所、中国科技大学等正在进行平板型物理研究所、中国科技大学等正在进行平板型SOFCSOFC的研发。的研发。四、四、SOFCSOFC的应用的应用第二节第二节SOFCSOFC电解质材料电解质材料固体电解质是固体电解质是SOFCSOFC最核心的部件。最核心的部件。电解质必须具备以下条件电解质必须具备以下条件：：高的离子电导率和可以忽略的电子电导率；高的离子电导率和可以忽略的电子电导率；在氧化和还原气氛中具有良好的稳定性；在氧化和还原气氛中具有良好的稳定性；能够形成致密的薄膜；能够形成致密的薄膜；足够的机械强度和较低的价格等。足够的机械强度和较低的价格等。电解质材料电解质材料氧化钇稳定立方氧化锆（YSZ）氧化钪稳定立方氧化锆（SSZ）钙钛矿结构的镓酸镧基氧化物掺杂立方氧化铈（DCO）高温SOFC（800~1000℃）中温SOFC（600~800℃）低温SOFCE（600℃以下）电解质电解质优点优点不足之处不足之处YSZYSZ在氧化和还原气氛下稳定性良好；在氧化和还原...