文档介绍：固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池(SOFC)
燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转换为电能的高效发电装置。
阳极
电解质
阴极
燃料
氧气
水、尾气
水、尾气
SOFC的优点:
①发电效率高,直接把化学能转变为电能,不受卡若循环的限制,理论效率可达80%;
②可使用多种燃料:氢气、甲烷、天然气;
③排放高温余热可进行综合利用,易于实现热电联产,燃料利用率高
④低噪声,低排放,是清洁能源;
⑤重量轻,体积小,比功率高(600W/Kg)。有较高的电流密度和功率密度,较小的极化损失和欧姆损失;
⑥不用贵金属,不存在液态电解制腐蚀及封接问题
SOFC的问题:
操作温度高导致电池启动慢,需要更多的保温设备以维持电池高温
不适用于交通工具与随身携带
SOFC的结构:
SOFC主要由电解质层、阳极和阴极所组成,在电解质两侧加上阳极和阴极,成为三明治式结构,这是SOFC的最基本的结构之一。
SOFC的三明治式结构
根据电解质膜形状的不同,SOFC结构可分为:平板式、管式、瓦楞式、块状式,还有经过改造的S型。
平板式结构
管式结构
瓦楞状结构
S型结构
1-支撑体;2-蛇形沟槽;3-阳极;4-电解质;5-阴极
SOFC的工作原理:
SOFC的主要工作部分由空气电极(阴极)、具有氧离子电导的固体电解质和燃料电极(阳极)所组成。
阳极反应
阴极反应
整个反应
连接阴极阳极可以得到的电流大小为
阳极
电解质
阴极
O2
H2O
e-
e-
H2
H+
SOFC固体电解质材料:
氧化锆基电解质
氧化铈基电解质材料
氧化铋基电解质材料
掺杂LaGaO3电解质材料
其中,氧化锆基电解质材料是高温电解质材料,以ZrO2为基的电解质在低温下的比电阻过大,电流密度为I=150mA/,这个损失是很大的,所以必须工作在1000℃以上的温度下,才能获得比较大的电导率。
电极材料:
SOFC中电极有阳极和阴极之分,阳极位于燃料气一侧,而阴极位于氧气一侧。
阳极材料:目前普遍采用Ni-YSZ材料为阳极材料,它具有催化活性高、价格低等优点。
阴极材料:目前,SOFC中广泛采用的阴极材料是锶掺杂的亚锰酸镧(LSM)、电化学活性和与YSZ相近的热膨胀系数等综合优良性能。