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第卷第期稀有金属材料与工程.,.
年月【
固体氧化物燃料电池的研究进展
卢俊彪,张中太,唐子龙
清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京
摘要: 同顾了固体氧化物燃料电池的发展历史以及目前发展状况。介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理以及作为
燃料电池的阳极、阴极、电解质和连接材料的选择依据。评述了分别应用于阳极、阴极、电解质以及连接材料的材料
目前的研究状况和面临的一些问题。最后提出了固体氧化物燃料电池能够得以应用必须解决的一些瓶颈因素。
关键词: 固体氧化物燃料电池; 阳极: 阴极; 电解质;连接材料
中图法分类号: 文献标识码: 文章编号: 一一—
前言它必须降价到美元才有竞争实力。
的工作原理
燃料电池经历了第代碱性燃料电
池,第代磷酸燃料电池,第代熔主要由阴极、阳极、电解质和连接材料组
融碳酸盐燃料电池后,在世纪年代成。其工作原理如图所示,燃料电池在运行过程中,
迅速发展起了新型固体氧化物燃料”。该
电池具有诸多的优点, 比如:避免了使用液态电解质厂——厂
所带来的腐蚀和电解质流失等问题; 电极反应过程相
’
当迅速:无需采用贵金属电极因而降低了成本; 能量
’
的综合利用效率可从单纯电效率提高到以
上;燃料范围广泛,不仅可以用,, 等作燃料,
而且可以直接用天然气、煤气化气和其它碳氢化合物
如甲醇等作燃料;可以承受较高浓度的硫化物和
的毒害,因此对电极的要求大大降低;使用具有电催
化作用的阳极可以在发电同时生产化学品,如制成燃
料电池反应器等【】。目前世界各国都在积极投入
技术的研发,与之相应的燃料电池堆的设计也从
年就开始了。年月在新西兰运行了的图的工作原理图
固体氧化物燃料电池;德面型电池建立了.
功率为的平面型燃料电池堆引。
而目前存在着许多问题,如: 阴极材料会在阳极和阴极分别送入还原、氧化气体后,氧气在多
逐渐烧结,阳极材料则会发生团聚导致电极气孔率和孔的阴极上发生还原反应,生成氧负离子。氧负离子
活性下降,电解质与阴极发生界面反应形成高阻的第在电解质中通过氧离子空位和氧离子之间的换位跃迁
二相,加速电池的衰退和电池寿命的缩短。并且太高达到阳极,然后与燃料反应,生成和,因而
的温度也对密封和连接材料提出了非常苛刻的要求, 形成了带电离子的定向流动。通过负载输出电能,化
从而增加了电池放大和组装的困难。目前还面临着学能就转变成电能。不妨设电池的开路电压为;阴
造价太高的难题。西门子一西屋公司生产的新型极氧分压为尸,阳极的分压为口; 电化学反应
电池堆的造价高达美元/ ,与传统能源相比的自由能设为,它们的关系可以表示为:
收到初稿日期:.—:收到修改稿日期:.—
基金项目:国家口然科学基金,清华大学基础研究基金项目
作者简介:卢俊彪,男, ,征读博士,清华大学材料系,北京,电话:.,:...
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稀有金属材料与工程卷
一
式中, 为气体常数, 为绝对温度,为法拉第常数, 因此,阳极材料必须在还原性气氛中具有稳定性、
为氧的电子当量。当工作温度为时,若采用良好的导电性并且电极材料必须具备多孔性以利于把
纯氢气和空气,的开路电压约为。氧化产物从电解质与阳极的界面处释