燃料电池-固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池的发展与应用
固体氧化物燃料电池的发展与应用固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种尺寸迷你、高效节能的能源装置。
简单地来说，SOFC 就是将燃料气与氧气在高温条件下进行反应，产生电能的装置。
SOFC 具有很好的经济性、环保性以及可靠性，因此在能源领域得到了广泛的应用。
下面，我们将来了解一下固体氧化物燃料电池的发展历程、原理、优势及应用。
一、SOFC 的发展历程SOFC 在 19 世纪初首次被发现，当时以在硅酸盐中掺杂钙镁钨酸盐作为电解质的 SOFC 实现了水分解，但是其效率非常低。
20 世纪 60 年代，随着氧化物电解质材料的发展，SOFC 开始进入稳定阶段。
1970 年代，日本开始大规模开展 SOFC 研究，1992 年才开始商用 SOFC。
近年来，SOFC 技术不断进步，研发机构和制造商纷纷加大投入，SOFC 的效率得到了极大提高，目前比较成熟的技术可达到60% 的效率。
二、SOFC 的工作原理SOFC 的工作原理是将燃料和氧气通入两端，形成电流和废气。
燃料和氧气在反应过程中发生了化学变化，产生电流、热能和水蒸气等。
SOFC 通过驱动氢离子（H+）从阴极合成水的氧离子（O2-），从阳极合成废料的水气（H2O），同时将产生的电流通过外部电路供电。
三、SOFC 的优势较高的效率：SOFC 的效率比传统火电站要高，可以达到 60%左右。
多种燃料：SOFC 可以利用各种燃料如天然气、乙醇、生物质等。
低污染排放：SOFC 在发电过程中排放的主要是水蒸气和CO2，相对于传统电力设备，SOFC 的环保性更佳。
稳定性强：在适宜的工作温度、燃料和氧气正常供应的情况下，SOFC 可以保持长期稳定的工作状态，不易出现问题。
四、SOFC 的应用前景1. 汽车行业：SOFC 可以替代传统汽车发动机，不仅具有高效而且排放较少的优势，而且可以大大延长行驶里程。
2. 工业厂房：SOFC 可以作为独立的发电单元，为企业提供能源。
说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理(一)
说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理(一)说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理介绍固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种高效、低污染的能源转换设备。
它利用固体氧化物作为电解质，将化学能转化为电能，广泛应用于电力和燃料领域。
结构固体氧化物燃料电池的主要结构有以下几个部分：1.阳极：阳极是燃料一侧的电极，常用材料是镍（Ni）或含铈质的材料。
它具有良好的催化性能，能够使燃料与电解质进行反应。
2.阴极：阴极是氧化剂一侧的电极，常用材料是钇稳定氧化锆（YSZ）等，能够吸收氧气并与电解质发生反应。
3.电解质：电解质是固体氧化物燃料电池中的核心部分，常用材料有钇稳定氧化锆、钡稳定氧化钇（BCY）等。
它具有高离子电导率和低电子导率，能够传输氧离子并阻止电子的流动。
4.连接体：连接体用于连接阳极和阴极，常用材料是钇稳定氧化锆等，具有导电性质。
5.当前集流体：当前集流体用于收集由电解质传输的氧离子，并将其导入外部电路。
6.电极反应层：电极反应层位于阳极和阴极的界面上，能够促进燃料和氧化剂的反应。
工作原理固体氧化物燃料电池的工作过程可以分为以下几个步骤：1.燃料（如氢气、天然气等）被供应到阳极一侧，同时氧化剂（如氧气）被供应到阴极一侧。
2.在阳极上，燃料发生氧化反应，产生电子和氧离子（O^2-）：H_2 + 2O^{2-} -> 2H_2O + 4e^-3.氧离子通过电解质传输至阴极。
在传输过程中，电子通过外部电路流动形成电流，完成能量转换。
4.在阴极上，氧离子与氧化剂反应生成氧气：O^{2-} + 1/2O_2+ 2e^- -> O_2-5.这个过程持续进行，从而形成稳定的电流输出。
固体氧化物燃料电池具有高能量转换效率、低排放和燃料灵活性的特点，在电力和燃料领域具有广阔的应用前景。
它被广泛应用于发电站、交通工具、家用电器等领域，为可持续能源发展做出了重要贡献。
氢氧燃料电池固体氧化物电极反应式
氢氧燃料电池是一种利用氢气与氧气发生氧化还原反应来产生电能的装置。
它具有高效、低污染、无噪音等优点，是一种非常有前景的清洁能源技术。
在氢氧燃料电池中，固体氧化物电极起着至关重要的作用。
固体氧化物电极通过电化学反应将化学能转化为电能，经过多种反应步骤才能完成这一过程。
下面将详细介绍固体氧化物电极中的反应式。
1. 氢气氧化反应固体氧化物燃料电池中，氢气氧化反应是产生电能的关键步骤。
氢气在阳极处发生氧化反应，生成氧化氢离子和电子：H2 → 2H+ + 2e-2. 氧气还原反应在固体氧化物燃料电池中，氧气在阴极处发生还原反应，与氢气氧化反应相对应，生成氧化氢离子和电子：1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O3. 电子传导在固体氧化物电极中，电子通过电极材料进行传导。
电子的传导能力直接影响固体氧化物电池的性能和效率。
4. 离子传导固体氧化物电极中还伴随着氧化氢离子的传导。
固体氧化物电极材料的离子传导能力也对电池性能有着重要影响。
5. 综合反应综合来看，固体氧化物电极中的反应式可以总结为：H2 + 1/2O2 → H2O固体氧化物电极在氢氧燃料电池中具有非常重要的地位，通过电子传导和离子传导，实现氢气氧化和氧气还原反应，最终将化学能转化为电能。
对固体氧化物电极中的反应式有深入的了解，有助于我们更好地理解氢氧燃料电池的工作原理，并为其性能的提升提供理论指导。
随着技术的不断进步，相信氢氧燃料电池将会在清洁能源领域发挥越来越重要的作用。
固体氧化物电极在氢氧燃料电池中发挥着至关重要的作用，它是电池中的核心组成部分。
固体氧化物电极是通过一系列复杂的化学反应催化氢气和氧气的氧化还原反应，从而产生电能。
在这一过程中电子和氢离子在电极与电解质中传播，形成闭合电路，从而达到能量转化的目的。
随着对清洁能源的需求愈发迫切，对于固体氧化物电极反应式的深入理解变得越来越重要。
固体氧化物电极中的反应式是以氢氧燃料电池结构为基础，其主要包括氢氧燃料电池的阳极和阴极反应。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换技术，在冷热电联供系统中具有广阔的应用前景。
冷热电联供系统是一种集成化的能源利用方式，通过优化热电联产过程，实现能源的高效利用。
SOFC 作为冷热电联供系统的组件之一，具有高效、低排放、灵活性强等优势，因此在能源系统中发挥着越来越重要的作用。
1.SOFC概述SOFC是一种以固体电解质为基础的燃料电池，其主要组成部分包括阳极、阴极和电解质，其中电解质通常为氧化物。
在工作过程中，燃料（通常为氢气、甲烷等）在阳极处发生氧化反应，产生电子和离子，电子通过外部电路形成电流，离子穿过电解质到达阴极，在阴极处与氧气发生还原反应。
这种电化学过程产生的电能可用于供电或其他电力需求，同时SOFC还能够产生高温废热。
2.冷热电联供系统中的应用前景2.1高效能源转换SOFC具有高效率的能源转换特性，其电-热转换效率可达60%以上。
通过将SOFC与其他能源设备集成，如燃气轮机、蒸汽轮机等，可以实现更高效的能源转换，提高整个系统的总体能源利用效率。
2.2低排放与环境友好与传统发电方式相比，SOFC的燃烧过程不仅效率更高，而且排放的主要产物为水蒸气和二氧化碳。
SOFC在冷热电联供系统中的应用有助于减少温室气体排放，符合环保和可持续发展的要求。
2.3灵活性与响应速度SOFC具有较高的热响应速度，可以在短时间内达到额定功率，使其在应对电力需求波动、应急电力供应等方面具备灵活性。
这使得SOFC在冷热电联供系统中能够更好地适应复杂多变的能源需求。
2.4分布式能源系统SOFC可以被部署在分布式能源系统中，通过小型化、模块化的设计，实现能源的近端生产与使用，减少能源传输损失。
这种分布式部署方式有助于提高电力系统的鲁棒性和可靠性。
3.具体应用案例3.1工业厂区冷热电联供将SOFC集成到工业厂区的能源系统中，通过利用SOFC产生的废热供热，同时利用其电力输出满足工业生产的电力需求。
说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理
说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种高效、环保的能源转化装置，其结构和工作原理如下：1. 结构：固体氧化物燃料电池由阳极、阴极和电解质三部分组成。
阳极和阴极之间是氧化物电解质，常用的是氧化钇稳定的锆（YSZ）。
阳极往往采用镍-YSZ（Ni-YSZ）复合材料。
阳极和阴极之间通过气体流道相连。
气体流道中常需添加催化剂，以促进反应。
2. 工作原理：当燃料（如氢气、甲烷等）与氧气在阳极和阴极上分别发生氧化和还原反应时，固体氧化物燃料电池开始工作。
在阳极上，燃料被分解成电子（e-）和氢离子（H+）；氢离子通过电解质迁移至阴极表面。
在阴极上，氧气接受电子和氢离子，生成氧离子（O2-）。
而电子则通过外部回路流动，产生电流。
在电解质内，氧离子和氢离子发生脱氧反应，形成水（H2O）。
由于脱氧反应在稳定的高温下进行，因此固体氧化物燃料电池需要高温下工作，通常在800℃至1000℃之间。
3. 特点和应用：固体氧化物燃料电池具有高效能、低污染、可逆性强等特点，可以广泛应用于能源转化领域。
它可以利用多种燃料进行工作，如氢气、甲烷、乙醇等。
同时，SOFC还可以利用废热，实现能量的综合利用。
在实际应用中，固体氧化物燃料电池可以用于家庭能源供应、工业暖通和电力站等领域。
其高效能和环保特性，使其具有取代传统燃料电池和化石燃料发电的潜力。
总之，固体氧化物燃料电池是一种具有生动结构和工作原理的高效环保设备。
通过深入了解其结构和工作原理，我们可以更好地理解和应用固体氧化物燃料电池，促进能源转化技术的发展和应用。
固体氧化物燃料电池
平板型SOFC
平板型SOFC的空气/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。
平板型SOFC的优点：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，由于电流收集均匀， 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：
在ＳＯＦＣ中，ＹＳＺ的最重要的用途是制备成致密 的薄膜，用于传导氧离子和分隔燃料与氧化剂。 ＳＯＦＣ阴极－电解质－阳极“三合一”组件有两种 基本结构：电解质支撑型和电极支撑型。两种不同结构 “三合一”组件的电解质薄膜厚度不同。电解质支撑型的 ＹＳＺ薄膜厚度一般在０．２ｍｍ以上，电极支撑型的Ｙ ＳＺ薄膜厚度一般在５－２０μｍ之间。
阳极材料的基本要求：
（1）稳定性 在燃料气氛中，阳极必须在化学、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。
在ＺｒＯ２晶格中，每引 入Ｙ３＋，就有一个氧空
位产生。
Sr、Mg掺杂的LaGaO3 (LSGM)
ＬＳＧＭ电解质材料的合成通常采用高温固相反 应法。按化学计量比将Ｌａ２Ｏ３﹑Ｇａ２Ｏ３和掺 杂剂ＳｒＣＯ３ ﹑ＭｇＯ混合均匀，在１０００℃
焙烧３６０ｍｉｎ，将得到的粉料重新研磨，将粉
料在１５００结体；将烧结体在研钵内加入乙醇研磨１２
０ｍｉｎ，即可获得ＬＳＧＭ粉料。
ＬＳＧＭ的结构
ＬａＧａＯ３具有扭曲的钙钛 矿结构，倾斜的ＧａＯ６八面 Ｌａ位于正六面体的中心，组 成正交结构的晶胞。
新能源材料固体氧化物燃料电池(SOFC)
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加入氧化钇稳定剂，可以将立方氧化锆稳定到室温， 同时产生氧空位，氧空位浓度由掺杂量确定。
氧离T A子[VO 电](导1 率[V 为O]：)eσxp=(nqR μE T)
n：可移动氧空位浓度；μ：氧空位迁移率；q： [氧VO]空：可位移带动电氧空量位。分数。
E：导电活化能
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YSZ的电导率与氧化钇的浓度有关；与掺杂剂阳离子大小有关，
的高电流密度放电试验； 加拿大的Global热电公司在中温平板型SOFC研发领域
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
物理研究所、中国科技大学等正在进行平板型SOFC的 研发。
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四、SOFC的应用
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第二节 SOFC电解质材料 固体电解质是SOFC最核心的部件。 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； 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； 足够的机械强度和较低的价格等。
YSZ 掺杂氧化铈
LSGM SSZ
在氧化和还原气氛下稳定性良好； 氧离子电导率低；与部 机械性能良好；寿命可达4万小时 分阴极材料不相容
以上；稳定可靠的原材料供给
与阴极材料相容；在低氧分压下 为混合电子、氧离子导体，适合
做阳极材料
低氧分压下具有电子导 电性，开路电压低；机
械性能比YSZ低
与阴极相容
低氧分压下Ga挥发；与 NiO不相容；机械性能
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SOFC的优点： ♪ 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； ♪ 对燃料的适应性强； ♪ 能量转换效率高； ♪ 不需要使用贵金属催化剂； ♪ 低排放，低噪声； ♪ 规模和安装地点灵活。
固体氧化物燃料电池
Cu-YSZ/Cu-CeO2
• 当采用碳-氢化合物时， 阳极中Ni会促进阳极积碳 反应的发生，导致阳极的 堵塞，严重时会导致电池 碎裂。 • Cu-YSZ/Cu-CeO2 阳 极 材 料 对多种碳-氢化合物的直 接电化学氧化具有良好的 催化活性，同时可明显减 少积碳反应的发生。
固体电解质材料
SOFC的关键是固体电解质，固体电解质性能的好坏将决定燃 料电池性能的优劣。
平板式SOFC的缺点：
密封困难、抗热循环性能差及难以组装成大功率电池组。但是， 当SOFC的操作温度降低到600一800℃后，可以在很大程度上扩展 电池材料的选择范围、提高电池运行的稳定性和可靠性，降低电 池系统的制造和运行成本。
平板式SOFC发展状况
平板式SOFC由于制备工艺相对简单和电池功率密度高的原 因,近几年成为国际SOFC 研究领域的主流,全球约70%的 SOFC研究单位集中在平板式SOFC上。 加拿大的环球热电公司（Global Thermoelectric Inc.）、 美国GE等公司在开发平板型SOFC上取得进展。
(1)较高的氧离子电导率，忽略电子电导率； (2)高温时有一定的相稳定性和机械强度； (3)气密性，要求其达到理论密度的95％以上；
对 电 解 质 的 要 求
(4)良好的抗热震动性；
(5)对于反应气体的化学稳定性： (6)固体电解质薄膜与电极和联接材料间的热膨 胀系数的匹配。
目前可作为SOFC固体电解质材料主要有3类：氧化锆系电解 质；氧化铈系电解质；LaGaO3钙钛矿系电解质。
固体氧化物燃料电池材料
固体氧化物燃料电池由三部分组成：电解质、阴极、阳极， 阴、阳极因功能的差异而组成不同。
阴极材料
电池中的阴极又称为空气电极，即会暴露在氧气中。它的主 要作用是集流体并有极高的还原氧化的点催化活性。
能源材料固体氧化物燃料电池(SOFC)
常见种类
常见的阳极材料包括掺杂的金属氧化 物、复合金属氧化物和钙钛矿型材料 等。
阴极材料
适用范围
阴极材料主要用于固体氧化物燃料电池中的氧还原反应， 要求具有良好的氧还原催化活性、电子导电性和稳定性。
常见种类
常见的阴极材料包括钙钛矿型材料、层状结构材料和复合 阴极材料等。
发展趋势
为了提高SOFC的阴极性能，研究者们正在探索具有高氧 还原催化活性、高电子导电性和稳定性的新型阴极材料， 如过渡金属氧化物、氮化物和碳化物等。
密封与连接
采用合适的密封材料和工艺，确保电池的气密 性和稳定性，同时将电极引出线与外部电路连 接。
电性能测试
测量 SOFC的电压、电流和功率等电 性能参数，以评估其性能表现。
稳定性测试
通过长时间运行测试，观察SOFC的性能 衰减情况，评估其使用寿命和可靠性。
环境适应性测试
在不同温度、湿度和压力等环境下测试 SOFC的性能表现，以评估其实际应用能 力。
组件制备
01
02
03
流延成型
将制备好的粉末与粘结剂 混合，通过流延机制备出 薄膜状的电解质和连接体。
热压成型
将粉末填充到模具中，通 过热压成型制备出电极和 连接体组件。
烧结
在一定温度下对组件进行 烧结，去除粘结剂并使粉 末颗粒间形成致密的陶瓷 相。
电池装配
组件叠层
将电极、电解质和连接体按照设计好 的顺序叠层装配在一起。
低成本化
降低SOFC的成本是实现大规模应用的必要条件。通过开发低成本制备工艺、优化材料配 方、提高材料利用率等方式，可以降低SOFC的制造成本。
规模化应用
随着技术的不断成熟和成本的降低，SOFC有望在未来实现规模化应用。在分布式发电、 移动电源、电动汽车等领域，SOFC具有广阔的应用前景。
固体氧化物 燃料电池
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高温燃料电池，其工作原理是利用固体氧化物作为电解质，将化学能直接转化为电能。
固体氧化物燃料电池通常由阳极、阴极和固体氧化物电解质层组成。
首先，让我们从固体氧化物燃料电池的工作原理角度来看。
在固体氧化物燃料电池中，燃料（通常是氢气、一氧化碳或甲烷）在阳极处发生氧化反应，释放出电子和离子。
这些离子通过固体氧化物电解质层传导到阴极，与来自外部电路的氧气发生还原反应，生成水和热能。
同时，电子流经外部电路，产生电能。
这种高温下的反应使固体氧化物燃料电池具有较高的能量转化效率。
其次，从固体氧化物燃料电池的优点和应用角度来看。
固体氧化物燃料电池具有高效率、低污染、燃料灵活性和较高的燃料利用率等优点。
它可以利用多种燃料，包括天然气、生物质气体和合成气等，因此在工业、交通和航空航天等领域具有广泛的应用前景。
此外，从固体氧化物燃料电池的发展和挑战角度来看。
固体氧化物燃料电池技术在高温操作、材料稳定性和成本等方面仍面临挑战。
然而，随着材料科学和工程技术的不断进步，固体氧化物燃料
电池正逐渐成为清洁能源领域的研究热点，未来有望成为替代传统
燃料电池和燃煤发电的重要技术。
总的来说，固体氧化物燃料电池作为一种高效、清洁的能源转
换技术，具有广阔的应用前景和发展空间。
通过不断的研究和创新，相信固体氧化物燃料电池将在未来发挥重要作用，推动清洁能源技
术的发展。
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熔融碳酸盐燃料电池 (Molten carbonate fuel cell MCFC) -----熔融的锂钾或锂钠碳酸盐为电解质
固体氧化物燃料电池 (Solid oxide fuel cell----- SOFC) --------氧化钇稳定的氧化锆膜为氧离子导体Βιβλιοθήκη 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。
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不利影响 费时也较长，不便连续化操作 主要用于薄片状电容器坯片、压电陶瓷扬声器(蜂鸣片)、滤波器坯片和厚膜电 路基板坯片等
燃料电池-固体氧化物燃料电池
（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。
固体氧化物燃料电池 （ Solid oxide fuel cell---- SOFC ）
燃料电池-固体氧化物燃料电池
燃料电池分类
碱性燃料电池(Alkaline fuel cell ----AFC) ------氢氧化钾/钠为电解质
磷酸燃料电池(Phosphoric acid fuel cell------PAFC) ------浓磷酸为电解质
燃料电池-固体氧化物燃料电池
燃料电池-固体氧化物燃料电池
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。
➢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。
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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)
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（2）Ni-YSZ 金属陶瓷的物理性质 在Ni中加入YSZ的目的是使发生电化学反应的 三相界向空间扩展，即实现电极的立体化，并在 SOFC的操作温度下保持阳极的多孔结构及调整电 极的热膨胀系数使其与其它电池组件相匹配。 YSZ作为金属Ni的载体，可有效地防止在SOFC 操作过程中金属粒子粗化。
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阳极材料及性能
（一）Ni-YSZ金属陶瓷阳极
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。
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（1）Ni-YSZ 金属陶瓷阳极的制备
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主要内容
1
SOFC的工作原理
2
SOFC的结构
3
SOFC研究现状
燃料电池-固体氧化物燃料电池
SOFC的发展：
➢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
燃料电池-固体氧化物燃料电池
1. SOFC工作原理
➢氧化钇稳定的氧化锆膜作
外电路
为电解质，在高温下(9001000℃)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。
燃料电池-固体氧化物燃料电池
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
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2. SOFC的结构
➢阳极 ➢阴极 ➢电解质
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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
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