固体氧化物燃料电池分类
固体氧化物燃料电池
氧化物燃料电池的应用
陶瓷燃料电池单片
平板型中温固体氧化物染料电 池 大面积样机支撑复合膜实 现小批量生产，上硅所
易贝硅谷总部安装的两台昂贵 的Bloom Energy设备。
德国公司展出实用水 平燃料电池
福特福克斯燃料电池汽车示意图
燃料电池的众多优点吸引了广大的科
技人员，各国都投入了大量的财力、
使用贵金属作催化剂； • (4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的
腐蚀及封接问题； • (5)能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量
利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统； • (6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态
结构； • (7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电
材料；其二是将电池的运行温度降低至 300摄氏度到500摄氏度之间。研究人员 表示，基于SOFCs在更低的操作温度、更 丰富的燃料来源以及更便宜的材料方面 取得的进步，SOFCs可能很快成为一项主 流技术，未来将能给手提电脑或手机供 电。
首款大型薄膜固体氧化物燃料电池问世
• 2011年5月25日的报道：美 国哈佛大学（Harvard）工程 与应用科学学院（SEAS： School of Engineering and Applied Sciences）以及西能 系统有限责任公司（ SiEnergy Systems LLC）的材 料科学家已演示了第一款宏 观尺度的薄膜固体氧化物燃 料电池（SOFC：solid-oxide fuel cell）。
式目前较为成熟的一种形式。
平板式结构SOFC电池堆
•平板式结构SOFC近几年才引起了人们的关注，这种集合形 状简单的设计使其制作工艺大为简化。平板式SOFC由阳极、 电解质、阴极薄膜组成单体电池，两边带槽的来接替连接相 邻阴极和阳极，并在两侧提供气体通道，同时隔开两种气体
固体氧化物燃料电池的概况
固体氧化物燃料电池的概况摘要: 伴随经济持续发展，随之而来的能源问题亟待解决，一场空前重要的能源革命即将展开。
燃料电池是能源的重要组成部分，由于其不受Carnot cycle的限制的特点，所以和传统热机相区别。
燃料电池是具有转换效率高、排放少的能量转化设备。
本文简要介绍了固体氧化物燃料电池(SOFC)的基本概况，包括工作原理以及材料要求，然后客观分析了SOFC的应用局限和发展前景。
关键词: 固体氧化物燃料电池；电解质；阴极材料；阳极材料；1 固体氧化物燃料电池简要介绍伴随着工业技术的发展，生态环境急剧恶化。
全球变暖、雾霾天气、臭氧层被破坏、这些现象的出现正是工业发展的副产物。
如果我们不处理好科技发展所带来的双刃剑问题，那么人类终将自食其果。
所以我们要在遵循人与自然和谐共生原则的基础上发展工业，新能源技术的发展成为大势所趋。
且当今世界经济体迅速膨胀，世界对于能源的需求也大幅上升。
在这些多重问题的考量下，能源危机的相关问题随之出现，石油、煤炭等不可再生资源日渐枯竭，新能源被世界所迫切需要，其中固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC.)是新能源领域当中一个比较热门的话题[1]。
固体氧化物燃料电池有不受卡诺循环限制，能量转换效率高，固体电解质稳定应用形式多样等优点。
没有传统电池的液态组成成分损失与液态成分损坏电池的问题，且是对于环境绿色友好的全固态电池，符合当今世界对于能源的要求。
燃料电池历史悠久。
早在19世纪英国就有化学家发表了关于燃料电池的相关文章，后人相继奠定了燃料电池发展的基础。
直到今天，固体氧化物燃料电池在公共生活交通、航空航天和军事领域等其他工业领域都有着重要应用。
2 SOFC的工作原理及性能要求固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质为固体氧化物，其特点是全固态。
但是本质上与普通电池相类似，都是发生在阴阳两极的氧化还原反应，将存储在燃料和助燃剂中的化学能转化为电能。
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。
固体氧化物燃料电池资料
SOFC 采用固体氧化物作为电解 质，在高温下具有传递 O2-的能 力，在电池中起着传导 O2-和分 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。
固体氧化物燃料电池工作原理示意图
■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 ：
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 600~800 ℃后，可以在很大程度上扩 展电池采用的选择范围、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。
? 管型SOFC是目前最接近商业化的SOFC发电技术。西 门子-西屋动力公司（SWPC）； ? 日本的Kansai 电力公司的管型SOFC已经进行了10529h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
二、工作原理
电池含有阴阳两个电极，分别 充满电解液，而两个电极间则 为具有渗透性的薄膜所构成， 氢气和氧气（空气）分别由阳 极和阴极进入燃料电池。经催 化剂的作用，氢气分解为氢离 子和两个电子，其中氢离子迁 移到薄膜的另一边，电子则经 外电路形成电流后到达阴极。 在阴极催化剂的作用下，氢离 子、氧气、电子发生反应生成 水。因此水是反应的唯一排放 物。
三、电池结构
? 由于是全固体的结构，固体氧化物燃料电池 具有多样性的电池结构，以满足不同需求。 主要电池结构有管式、平板式、套管型、单 块叠层结构及热交换一体化的HEXIS结构等 等。不同结构类型的SOFC在结构、性能及 制备等方面各具优缺点。
SOFC
美国阿贡国家实验室还研究开发了叠层波纹板式 SOFC 电池堆，并开发出适合于这种结构材料成 型的浇注法和压延法。 这种结构可省去支撑体，使电池能量密度显著提 高，是比较有前途的SOFC结构。
SOFC国内外研究与开发现状
管型SOFC是目前最接近商业化的 SOFC发电技 术。西门子-西屋(Siemens Westinghouse)动力公司 (SWPC)是高温管式SOFC技术的先锋。 该公司已经制造和运行了多套标称功率至 220 kw 的完整电站系统。 如该公司于 1998 年 3 月生产了置于南加利福尼亚 Edison 的 25kw 联合循环 SOFC 发电系统；于 2001 年在荷兰成功地完成了 100kw 电站的连续 16612h 的运行试验；薄壁多孔支撑管型SOFC单电池已经 连续试验运行7年以上(＞69000h)。
目前该公司已经形成 l Mw/ 年的生产能力，并 开始向市场提供5kw汽车辅助电源。 在欧洲，包括德国、法国、荷兰、英国、西斑 牙、丹麦等多个国家开展 SOFC 的研究与开发。 主要研究进展如下表所示。
技术开发课题
SOFC 处于技术不很成熟的阶段，要进入实用化还有 很多难题需要解决．综合起来有下面的几个方面。
高温下可以允许使用不纯的燃料气体，使 SOFC 与洁 净煤发电技术可以结合起来， FC 反应释放的热量可 以供煤气化和烃类合成所需的能量。 燃料的纯度要求不高使 FC 在使用诸如柴油、甚至煤 油等重燃料操作方面极具吸引力。以天然气为燃料的 发电厂则完全可以免去脱硫系统。
• 电解质稳定：固体电解质通常很稳定，固体电解质 的组成不随燃料和氧化剂的组成而变化的。由于没有 液相的存在，避免了腐蚀和电解液泄漏的发生。
目前 SWPC 电池的预期寿命为 l0 年，未来商品化 50FC发电系统的寿命预计达到10一20年。 此外，该公司为了降低制造成本和提高电池组的输 出功率密度，已用空气极支撑结构替代多孔支撑管 结构。除了 SWPC 和日本的几家公司外，国际上 SOFC 的研发主流是中温 SOFC 电池组的研制与新 材 料 的 开 发 。 加 拿 大 的 Global 热 电 公 司 在 中 温 SOFC研发领域具有举足轻重的地位。 Global的研 发方向为中温平板型 SOFC，主要面向分散供电、 家庭热电联供市场。
燃料电池简介
燃料电池简介摘要：燃料电池是一种清洁、高效的能源利用方式，本文主要介绍了燃料电池的工作原理、燃料电池的分类和燃料电池的优点，另外，本文还简单的介绍了燃料电池的发展前景。
关键词：燃料电池工作原理固体氧化物燃料电池作为一种新型的发电方式，发展燃料电池对于改善环境, 实施能源可持续发展具有重要意义。
对比于传统的火力发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题。
传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会排放大量的有害物质。
而使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有多余的能量转换过程，理论上能量转换率为100%，实际应用上装置无论大小发电效率可达40%～60%，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为积木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和火力发电厂相比，应用范围极为广泛。
基于以上这些优点，我们可以看出研究燃料电池是很有必要的。
1、燃料电池的原理燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能, 因而实际过程是氧化还原反应, 其工作原理如图1所示。
燃料电池主要由四部分组成, 即阳极、阴极、电解质和外部电路。
燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。
燃料气在阳极上放出电子, 电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。
离子在电场作用下, 通过电解质迁移到阳极上, 与燃料气反应,构成回路,产生电流。
同时, 由于本身的电化学反应以及电池的内阻, 燃料电池还会产生一定的热量。
电池的阴、阳两极除传导电子外, 也作为氧化还原反应的催化剂。
当燃料为碳氢化合物时, 阳极要求有更高的催化活性。
阴、阳两极通常为多孔结构, 以便于反应气体的通入和产物排出。
电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。
为阻挡两种气体混合导致电池内短路, 电解质通常为致密结构。
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、低污染的能源转换设备，具有广泛的应用前景。
它是一种固体电解质燃料电池，主要由阳极、阴极和固体电解质组成。
固体氧化物燃料电池的结构主要分为三个部分：阳极、阴极和固体电解质。
阳极是指与燃料接触的一侧，阴极是指与氧气接触的一侧，固体电解质则位于阳极和阴极之间，起到离子传导和电子隔离的作用。
通常，阳极使用镍-YSZ（氧化钇稳定的氧化锆）复合材料，阴极使用钇掺杂的钴酸钡（LSCF）或钇掺杂的锰酸钡（LSM）等材料，固体电解质则采用氧化锆（YSZ）或氧化镁钙（MgO）等材料。
固体氧化物燃料电池的工作原理基于氧化还原反应。
首先，燃料在阳极上发生氧化反应，将燃料中的电子释放出来。
这些电子通过外部电路流动，产生电流。
同时，燃料中的氧气离子在固体电解质中传输到阴极一侧。
在阴极上，氧气离子与电子再次结合，发生还原反应，生成水蒸气或二氧化碳等产物。
固体氧化物燃料电池的整体工作原理可以简化为以下几个步骤：1. 燃料输送：燃料（如氢气、天然气等）经过预处理后，通过燃料供应系统输送到阳极一侧。
2. 氧气输送：氧气通过氧气供应系统输送到阴极一侧。
在某些情况下，可以直接利用大气中的氧气作为氧化剂。
3. 氧化反应：在阳极上，燃料与氧气发生氧化反应。
例如，对于氢气燃料，氢气在阳极上与氧气离子结合，生成水蒸气和电子。
这些电子通过外部电路流动，产生电流。
4. 离子传导：氧气离子在固体电解质中传输到阴极一侧。
固体电解质具有高离子传导性能，可以有效地将氧气离子从阳极传输到阴极。
5. 还原反应：在阴极上，氧气离子与电子再次结合，发生还原反应。
例如，对于氢气燃料，氧气离子在阴极上与电子和氢气反应，生成水蒸气。
6. 产物排出：产生的水蒸气或二氧化碳等产物通过排气系统排出。
在某些情况下，还可以利用产生的水蒸气进行热回收。
固体氧化物燃料电池具有高效、低污染、可靠性高等优点，广泛应用于电力、交通和军事等领域。
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燃料电池又叫连续电池，它在等温条件下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转变为电能燃料电池的发电原理：阳极进行燃料的氧化过程，阴极进行氧化剂的还原过程，导电离子在电解质内迁移，电子通过外电路做功并构成电的回路。
燃料电池的工作方式：燃料电池的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。
当电池发电时需要连续不断地向电池内输送燃料和氧化剂，排除产物和废热。
燃料电池的组成：(1) 电极。
为多孔结构，可由具有电化学催化活性的材料制成，也可以只作为电化学反应的载体和反应电流的传导体。
(2) 电解质。
通常为固态或液态，但也有关于NH3 气氛中NH4Cl 电解质的研究。
电解质的状态取决于电池的使用条件。
(3) 燃料。
可以是气态(氢气等)或液态(甲醇等)，在极少数情况下也可以是固态(碳)。
(4) 氧化剂。
选择比较方便，纯氧、空气或卤素都可以胜任，而空气是最便宜的。
燃料电池的特点：可长时间不间断地工作——这使燃料电池兼具普通化学电源能量转换效率高和常规发电机组连续工作时间长的两种优势。
高效——它不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，其能量转化效率在40-60%；如果实现热电联供，燃料的总利用率可高达80%以上。
环境友好——以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应物仅为水；以富氢气体为燃料时，其二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。
安静——燃料电池运动部件很少，工作时安静，噪声很低。
可靠性高——碱性燃料电池和磷酸燃料电池的运行均证明燃料电池的运行高度可靠，可作为各种应急电源和不间断电源使用。
燃料电池的类型：按电解质的性质分：1、碱性燃料电池，简称AFC。
2、质子交换膜燃料电池，简称PEMFC。
3、磷酸燃料电池，PAFC。
4、熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池 SOFC是以固体氧化物为电解质，如ZrO2、BiO3等，阳极材料是Ni-YSZ陶瓷，阴极材料主要采用锰酸镧材料，SOFC的固体氧化物电解质在高温下800～1000℃具有传递O2-的能力，在电池中起传递O2和分隔氧化剂与燃料的作用。
固体氧化燃料电池( sofc)烟气组分
固体氧化燃料电池( sofc)烟气组分
固体氧化燃料电池（SOFC）是一种高效的能量转换设备，其工作原理是通过将燃料气和氧气在固体氧化物电解质中进行电化学反应来产生电能。
SOFC烟气的组分取决于所使用的燃料类型和操作条件。
一般来说，SOFC常用的燃料包括氢气、甲烷和其他可燃气体。
下面是这些燃料在SOFC烟气中可能存在的主要组分：
1. 水蒸气（H2O）：当燃料为水蒸气时，SOFC烟气中会含有水蒸气。
2. 二氧化碳（CO2）：当燃料为甲烷等含碳燃料时，SOFC 烟气中会含有二氧化碳。
3. 氧气（O2）：SOFC的正极侧是通过供应纯氧气来进行电化学反应的，因此SOFC烟气中不应该含有氧气。
4. 氮气（N2）：氮气通常是SOFC燃料气中的惰性成分，因此SOFC烟气中也可能含有少量的氮气。
总的来说，SOFC烟气的主要组分是水蒸气、二氧化碳和少量的氮气。
这些烟气组分的含量会受到燃料类型、操作温度等因素的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
固体氧化物燃料电池分类
以固体氧化物燃料电池分类为标题，我们来探讨一下固体氧化物燃料电池的不同类型和特点。
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种高效、环保的能源转换装置，能够将化学能直接转化为电能。
固体氧化物燃料电池的基本原理是通过在高温下将燃料气体和氧气进行电化学反应，产生电能和水蒸气。
根据固体氧化物燃料电池的不同特点和应用领域，可以将其分为以下几类：
1. 室温固体氧化物燃料电池（Low-temperature Solid Oxide Fuel Cell，简称LTSOFC）：室温固体氧化物燃料电池是一种在较低温度下工作的固体氧化物燃料电池。
由于其工作温度较低，可以使用廉价的材料作为电极和电解质，降低了制造成本。
然而，室温固体氧化物燃料电池的效率相对较低，需要进一步提高其性能。
2. 中温固体氧化物燃料电池（Intermediate-temperature Solid Oxide Fuel Cell，简称ITSOFC）：中温固体氧化物燃料电池是一种在中温范围内工作的固体氧化物燃料电池。
中温固体氧化物燃料电池的工作温度通常在500°C至800°C之间，相比室温固体氧化物燃料电池，其效率更高，且可以直接利用多种燃料，如天然气、煤气等。
中温固体氧化物燃料电池在分布式能源系统中具有广泛的应
用前景。
3. 高温固体氧化物燃料电池（High-temperature Solid Oxide Fuel Cell，简称HTSOFC）：高温固体氧化物燃料电池是一种在高温下工作的固体氧化物燃料电池。
高温固体氧化物燃料电池的工作温度通常在800°C至1000°C之间，具有较高的效率和较好的燃料适应性。
然而，由于高温对材料的要求较高，高温固体氧化物燃料电池的制造和维护成本较高。
除了以上分类，固体氧化物燃料电池还可以根据其结构和材料的不同进行进一步分类，如固体氧化物燃料电池可以分为单元电池和堆电池，材料可以分为氧化物和非氧化物等。
总结起来，固体氧化物燃料电池是一种高效、环保的能源转换装置，根据其工作温度和应用领域的不同，可以分为室温固体氧化物燃料电池、中温固体氧化物燃料电池和高温固体氧化物燃料电池等不同类型。
随着技术的进一步发展和突破，固体氧化物燃料电池在能源领域的应用前景将会更加广阔。