固体氧化物燃料电池工作原理
SOFC
平板式结构
德国西门子公司、美国 Z-tek 公司和日本富士电机 公司等机构正在大力研制一种平板式 SOFC 。这种电 池由阳极／电解质／阴极构成的薄片状电他及薄的带 筋洞的双向板联接体按顺序依次排列而成，如图所示, 由于厚度大于200m的单个电池可能起自支撑作用， 联接体两面的筋洞构成了氧化剂气体及燃料气的通道， 并作为双向气体的分离器。平板式设计允许几种不同 方式将气体输入、导出燃料电池。
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。
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。
氧离子在氧浓度差和电位差作用下，通过电解质中的 氧空穴定向迁移，到达阳极后与燃料发生氧化反应。
或CH4为燃料时：
总的反应：
SOFC的优点： •工作温度高（800~10000C）：高温可以保证燃料 的快速氧化，且不需要昂贵的电催化剂；SOFC的 工作电压可以达到理论开路电压的 96% ，少量的 电压损失是由于电解质内存在少量的电子电导和 连接不紧密引起的。由于不存在电阻压降，SOFC 具有很高的工作电流密度。 • 燃料多样化：由于SOFC是基于氧离子而不是基 于任何来自燃料气的其它离子传输导电的，原则 上任何气体燃料都是可以的，如 H2 ， CH4 ， CO 等。
sofc热电联供原理
sofc热电联供原理
SOFC热电联供系统的原理是利用固体氧化物燃料电池（SOFC）将燃料中的化学能直接转换为电能和热能。
具体来说，该系统的工作原理如下：
当燃料（如氢气、一氧化碳或天然气等）和氧气分别供应给电池的阳极和阴极时，在催化剂的作用下，燃料在阳极被氧化，产生电子和离子，电子沿着外部电路传递到阴极，离子则通过电解质传递到阴极。
在阴极上，氧气得到电子并被还原为氧气离子，然后与传递过来的离子结合形成水蒸气或二氧化碳。
在整个反应过程中，电子通过外部电路产生电流，从而实现了将化学能转换为电能的目的。
同时，由于反应过程中会产生热量，这些热量可以被回收利用来产生热水或蒸汽等热能，从而实现热电联供。
SOFC热电联供系统的优点包括高效、环保、可再生等。
该系统的效率可以达到60%以上，远高于传统的燃烧发电技术。
同时，由于燃料被完全燃烧，没有废气排放，因此对环境的影响较小。
此外，SOFC 热电联供系统还可以利用可再生能源（如生物质、沼气等）作为燃料，从而降低对化石燃料的依赖。
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_彭苏萍
33 卷 ( 2004 年) 2 期
# 91 #
物理学与新能源材料专题
图 1 氧离子电导燃料电池电化学反应过程示意图
SOFC 采用了陶瓷材料作电解质、阴极和阳极, 全固态结构, 除具有一般燃料电池系统的特点外, 它 的燃料无需是纯氢, 可以采用其他可燃气体; 同时, SOFC 不必使用贵金属催化剂. 陶瓷电解质要求高温 运行( 600 ) 1000 e ) , 加快了反应进行, 还可以实 现 多种碳氢燃料气体的内部还原, 简化设备; 同时系统 产生的高温、清洁高质量热气, 适于热电联产, 能量 利用率高达 80% 左右, 是一 种清洁 高效的 能源 系 统.
Abstract Solid oxide fuel cells ( SOFCs) convert chemical energy in the reaction materials to electrical energy d-i rectly, and are characterized by their high effeciency, cleanliness, al-l solid structure, and high temperature operation. This new technology is one of the fastest developing forms of energy source, and may well be applied commercia-l ly in the near future. A single cell consists of a dense electrolyte between a porous anode and cathode, in a seamless tube or fla-t plate structure. The cells are then stacked together in various ways with dense interconnecting components. SOFCs may be used in large power stations, thermal electric co-generators, small power supply systems, transportation vehicles, and so on, and have great market potential. Key words solid oxide fuel cell, new energy source
固体氧化物燃料电池SOF
固体氧化物燃料电池(SOFC)及其发展摘要：固体氧化物燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有高效率、零污点。
它可以为民用、贸易、军事和交通运输等提供高质量的电源。
这一技术的成功应用对于缓解能电力数目和质量的需求、保护生态环境和国家安全都具有重大的意义。
本文简略地介绍了固体氧化状和存在的题目，并提出了值得深进研究的课题。
关键词：固体氧化物燃料电池(SOFC)，现状，发展1．固体氧化物燃料电池发展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年，SOFC的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研展。
以美国西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)为代表，研制了管状结构的SOFC，用备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积方法制备厚度在几十到100μm的电薄膜。
1987年，该公司在日本安装的25kW级发电和余热供热SOFC系统，到1997年3月成功运行时；1997年12月，西门子西屋公司(Siemens Westinghouse Electric Company)在荷兰安装了第SOFC系统，截止到2000年底封闭，累计工作了16 ,612小时，能量效率为46 %；2002年5月，又与加州大学合作，在加州安装了第一套220kW SOFC与气体涡轮机联动发电系统，目前获得的能量猜测有看达到70 %。
接下来预备在德国安装320kW联动发电系统，建成1MW的发电系统，预计20构SOFC走向贸易化。
同时，日本三菱重工长崎造船所、九州电力公司和东陶公司、德国海德堡中行了千瓦级管状结构SOFC发电试验.另外，加拿大的环球热电公司( Global Thermoelectric Inc. )，美国GE、Z2tek等公司在开发得进展，目前正在对千瓦级模块进行试运行。
环球热电公司获得的功率密度，在700℃运行时，达日本产业技术院电子技术综合研究所从1974 年开始研究SOFC，1984年进行了500W发电试验，最2kW。
固体氧化物燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池(SOFC)及其发展摘要：固体氧化物燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有高效率、零污染、无噪声等特点。
它可以为民用、贸易、军事和交通运输等提供高质量的电源。
这一技术的成功应用对于缓解能源危机、满足对电力数目和质量的需求、保护生态环境和国家安全都具有重大的意义。
本文简略地介绍了固体氧化物燃料电池及现状和存在的题目，并提出了值得深进研究的课题。
关键词：固体氧化物燃料电池(SOFC)，现状，发展1．固体氧化物燃料电池发展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年，SOFC的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。
以美国西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)为代表，研制了管状结构的SOFC，用挤出成型方法制备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积方法制备厚度在几十到100μm的电解质薄膜和电极薄膜。
1987年，该公司在日本安装的25kW级发电和余热供热SOFC系统，到1997年3月成功运行了约1. 3万小时；1997年12月，西门子西屋公司(Siemens Westinghouse Electric Company)在荷兰安装了第一组100kW管状SOFC系统，截止到2000年底封闭，累计工作了16 ,612小时，能量效率为46 %；2002年5月，西门子西屋公司又与加州大学合作，在加州安装了第一套220kW SOFC与气体涡轮机联动发电系统，目前获得的能量转化效率为58 %，猜测有看达到70 %。
接下来预备在德国安装320kW 联动发电系统，建成1MW的发电系统，预计2005年底，管状结构SOFC走向贸易化。
同时，日本三菱重工长崎造船所、九州电力公司和东陶公司、德国海德堡中心研究所等也进行了千瓦级管状结构SOFC发电试验.另外，加拿大的环球热电公司( Global Thermoelectric Inc. )，美国GE、Z2tek 等公司在开发平板型SOFC上取得进展，目前正在对千瓦级模块进行试运行。
上海交大 固体氧化物燃料电池
上海交大固体氧化物燃料电池
上海交通大学固体氧化物燃料电池（SOFC）研究旨在开发并
优化高效且环境友好的燃料电池技术。
固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的技术，它通过在高温条件下将氢气或一氧化碳等燃料与氧气反应来产生电力。
上海交通大学的研究团队致力于解决固体氧化物燃料电池的关键问题，包括提高燃料电池的效率、降低材料成本、增强燃料电池的稳定性和寿命等。
为此，他们开展了材料设计和合成、电极制备和性能优化、电解质材料的选择等方面的研究工作。
上海交通大学的固体氧化物燃料电池研究还与产业界密切合作，将实验室研究成果应用到实际生产中。
他们与公司合作开展了固体氧化物燃料电池的组件制备和系统集成，以推动燃料电池技术的商业化进程。
目前，上海交通大学的固体氧化物燃料电池研究在国内外学术界和产业界取得了一定的成果和声誉。
他们的研究对于解决能源转型和环境保护等重要问题具有重要意义。
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。
潍柴动力 固体氧化物燃料电池
潍柴动力固体氧化物燃料电池
潍柴动力固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新兴的可再生能源装置，它采用高温固体氧化物燃料来产生电能。
它利用燃料的化学能量转换成电能。
这种电池的主要原理是通过一系列的化学反应将一种特定的燃料，如乙醇、氢气或煤气等，以及一种氧化剂，如空气中的氧气，通过一种称为“固体氧化物燃料电池”的反应器来转换成电能。
该装置通常由三部分组成，即正极材料、负极材料和电解质材料。
正极材料负责将燃料和氧化剂进行氧化反应，而负极材料则负责将所产生的电子输出。
电解质材料则作为离子载体将正负极之间进行电解，保证了电池的正常工作。
固体氧化物燃料电池中的质子传导机制的理论与实验研究
固体氧化物燃料电池中的质子传导机制的理论与实验研究固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、低污染的能源转换设备，已经受到广泛的关注和研究。
而质子传导机制在SOFC中起着至关重要的作用，影响着其电化学性能和性能稳定性。
本文将从理论和实验两方面对固体氧化物燃料电池中的质子传导机制进行详细探讨。
一、理论研究固体氧化物燃料电池中的质子传导机制主要有两种理论，分别是溶质扩散机制和质子跳跃机制。
1. 溶质扩散机制溶质扩散机制是广泛应用于固体氧化物燃料电池的一种质子传导机制。
该机制基于氧化物电离与质子溶浸之间的相互作用。
在这个机制中，质子通过固体氧化物电解质表面的吸附态结构与溶解态结构之间的质子传输来完成。
溶质扩散机制的优点是具有较高的传导速度，但其缺点是在高温下才能发挥较好的性能。
此外，固体氧化物燃料电池中的其他因素如温度、气体纯度、电场强度等也会对溶质扩散机制的传导性能产生一定的影响。
2. 质子跳跃机制质子跳跃机制是另一种固体氧化物燃料电池中的质子传导机制。
该机制的核心是质子通过氧化物电解质中的空位进行跳跃传导。
质子跳跃机制的优点是在较低的温度下即可实现质子传导。
与溶质扩散机制相比，质子跳跃机制具有更好的性能稳定性和高温下的传导效率。
然而，质子跳跃机制的传导速度相对较慢，需要进一步的研究和优化。
二、实验研究为了验证理论研究的可行性和有效性，实验研究在固体氧化物燃料电池中的质子传导机制方面也发挥着关键的作用。
1. 导电性测试导电性测试是评估固体氧化物燃料电池电解质中质子传导性能的关键实验手段之一。
通过测量电解质样品的电导率来研究质子在固体氧化物燃料电池中的传导机制。
常见的导电性测试方法包括交流阻抗谱法、电阻率测量法等。
这些实验方法可以帮助研究人员深入了解质子传导机制的性质和特性。
2. 材料设计与合成对于固体氧化物燃料电池中的质子传导机制的研究，材料设计和合成也是至关重要的。
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固体氧化物燃料电池工作原理
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种高
温燃料电池，利用固体氧化物作为电解质，将燃料气和氧气直接在电解质上进行电化学反应，以产生电能。
SOFC的核心部件是由阳极、电解质和阴极组成的三明治结构。
阳极通常由镍基材料组成，用于催化燃料的电化学氧化反应。
电解质是固体氧化物，如氧化锆或氧化钇稳定的氧化物。
阴极通常由钙钛矿结构的氧化物制成，用于催化氧还原反应。
工作原理如下：
1. 燃料供应：燃料气（如氢气、甲烷等）进入阳极侧，通过阳极材料的催化作用，发生氧化反应，产生电子和阳离子。
2. 电化学反应：阳离子由电解质中传递到阴极侧，电子则通过外部电路流动，形成电流。
在阴极侧，氧气从外部供应进入，与电解质中的阳离子结合，发生还原反应。
3. 电子复合：在阴极上，氧还原反应产生的氧离子与从电解质的阳离子传导过来的电子进行复合，释放出化学能，转化为电能。
4. 发电产能：通过外部电路，流动的电子形成电流，供应给外部电器设备，从而将化学能转化为电能。
5. 副产物排放：SOFC的副产物为水蒸气和少量二氧化碳，而
无氮氧化物和有害颗粒物的排放。
SOFC具有高效率、灵活燃料选择、低污染以及高热电耦合特
性等优点，广泛应用于独立发电、电网输配电、交通工具动力等领域。