固体氧化物燃料电池（SOFC）.doc免费阅读

固体氧化物燃料电池（SOFC）及其开发摘要: 固体氧化物燃料电池是一种电化学装置，可将燃料中的化学能直接转化为电能. 具有高效，零污染，无噪音的特点. 它可以为民用，贸易，军事和运输提供高质量的电力. 该技术的成功应用对缓解能源危机，满足电能质量和需求，保护生态环境和国家安全具有重要意义. 本文简要介绍了固体氧化物燃料电池的现状，存在的问题，并提出了值得进一步研究的课题. 关键字: 固体氧化物燃料电池（SOFC），现状，发展1.固体氧化物燃料电池的发展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年. SOFC的发展始于1940年代，但是其研究才得到大力发展. 在1980年代以后. 以西屋电气公司（Westinghouse Electric Company）为代表，开发了SOFC的管状结构，先用挤压成型法制备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后再用电化学气相沉积法制备厚度为10到10微米的电解质. 100μm薄膜和电极薄膜. 1987年，该公司在日本安装了25kW级的发电和余热供暖SOFC系统. 到1997年3月，它成功运行了大约13,000小时； 1997年12月，西门子西屋电气公司（SiemensWestinghouseElectricCompany）在荷兰安装了第一套设备. 100kW管状SOFC系统一直关闭到2000年底. 该系统已经工作了16,612小时，能源效率为46％. 2002年5月，西门子西屋与加利福尼亚大学合作在加利福尼亚安装了第一台220kW SOFC和燃气轮机联动发电装置. 该系统目前的能量转换效率为58％，推测可能达到70％.

接下来，我们计划在德国安装一个320kW的联动发电系统，并建造一个1MW的发电系统. 预计管状结构SOFC将于2005年底开始交易. 与此同时，日本三菱重工业长崎造船厂，九州电力公司和Toto公司，德国海德堡中心研究所等也进行了千瓦时的发电. 类管状结构SOFC发电测试. 此外，加拿大的全球热电公司（GlobalThermoelectricInc. ）氧化物燃料电池，美国的GE，Z2tek等公司在开发平板式SOFC方面取得了进展，目前正在试运行千瓦级模块. 全球热电公司在700°C的温度下工作时获得的功率密度达到0.723W / cm2. 日本工业技术大学电子技术研究所于1974年开始研究SOFC. 1984年，它进行了500W的发电测试最大输出功率为1.2kW. 由工业技术开发组织（NEDO）领导的日本新阳光项目于1989年开始开发基本的制造技术，并测试了数百千瓦级发电机组. 自1992年以来，富士电机研究所和三洋电机在联合研发多千瓦平板模块的基础上，组织了七个研究所，共同开发高性能，长寿命的SOFC材料和基础技术. 三菱重工神户造船和中部电力在1996年成功运行5kW平板SOFC模块开创了先例. 1998年获得最大功率密度0135W / cm2（通常为0.15〜0.2W / cm2）; 2000 9 11日，实现了输出功率为15kW的扁平SOFC，并且连续运行1000小时而没有衰减.

Siemens德国于1995年开发了10kW级的扁平SOFC，并于1996年推出了7.2kW级的模块. 德国研究中心（ResearcherCenterJuelich），弗劳恩霍夫陶瓷技术和烧结材料研究所（弗劳恩霍夫陶瓷技术和烧结材料研究所）等已获得了几千瓦的功率输出. 瑞士苏尔寿技术公司. 积极开发家用SOFC，并开发了1kW级模块. 英国的“先进燃料电池计划”始于1992年，该计划也并入了英国的“新能源和可再生能源计划”，目标是实现2005年SOFC现场测试和示范. 同时，以英国，法国和荷兰等国家的大学和国家研究机构为中心的研究机构正在积极研究和开发中低温SOFC电池材料. 为了促进SOFC的发展，欧洲共同体在1994年建立了“欧洲十年，发展和燃料电池研究与示范计划示范项目”，目的是集中精力促进SOFC的贸易. 在汽车应用领域，SOFC的开发也非常活跃. 1996年，梅赛德斯·奔驰汽车制造公司调试了6000小时的2.2kW级模块. 2001年2月16日，宝马公司和DelphiAutomotiveSystemCorporation两年来开发的第一款以SOFC作为辅助动力系统（AuxiliaryPowerUnit，APU）的汽车作为第一代SOFC / APU系统在慕尼黑问世，电压为3kW. 输出为21V，其油耗比传统汽车低46％. 第二代目标是5kWSOFC系统，估计尺寸为500×500×250mm，电压输出为42V.

其他汽车公司，例如丰田，日产，本田氧化物燃料电池，福特等，都有自己的SOFC项目. 在3至5年内可以实属催化剂. 陶瓷电解质需要高温操作（600〜1000℃），可以加速反应并实现多种烃类燃料气体的内部还原，简化了设备；同时，该系统产生的高温，清洁，优质热气也适合热电联产，能源利用率高达80％左右，是一种清洁高效的能源系统[2]. 3.固体氧化物燃料电池的组成和结构单个燃料电池的主要组件由电解质，阳极或燃料电极，阴极或空气电极以及互连结构组成.

电解液是电池的核心，电解液的性能直接决定电池的工作温度和性能. 目前，SOFC中使用的大量电解质是完全稳定的ZrO2陶瓷. 纯ZrO2在1000℃时的电导率很低，只有10-7S·cm-1，接近灭绝的材料. ZrO2掺杂有一些二价或三价金属氧化物（例如CaO，Y2O3），低价金属离子占据Zr4 +位置. 结果，只有ZrO2具有从室温到高温（1000℃）的稳定相结构（萤石结构），并且由于电中性的要求，材料中会产生大量O2空位，从而增加了ZrO2的离子电导率，使其在高温（800〜1000℃）下的电导率达到10-2〜10-在1S·cm-1以上，同时扩大了离子传导的氧分压范围. 目前，Y 2 O 3稳定的ZrO 2（称为YSZ）通常用作电解质材料，并且当氧分压变化超过十个数量级时，其离子电导率不会显着变化. 电极材料本身首先是催化剂. SOFC阳极材料需要很高的电导率，这在还原性气氛中稳定并保持良好的渗透性. 常用的材料是金属陶瓷，其镍粉分散在YSZ中. SOFC阴极材料在高温氧气气氛中工作，起电子转移和氧气扩散的作用，应该是多孔的电子导电膜. 要求正极材料具有高导电性，高温抗氧化性和高温热稳定性，并且不与电解质发生化学反应. 大量实验证实，LaxSr1-xMnO3是优选的阴极材料.

连接器材料在连接单电池方面发挥作用，并将阳极侧的燃料气体与阴极侧的氧化气体（氧气或空气）隔离. 在SOFC中，要求连接器材料在高温下，在氧化和还原气氛中在组成，结晶相和化学性质方面是稳定的，并且其热膨胀性能与电解质组分材料匹配. 它还具有良好的气密性和高温下的良好温度. 导电性能. 钙钛矿结构的铬酸镧（LaCrO3）通常用作SOFC连接器材料. 另外，高温和低膨胀合金材料也普遍用作扁平SOFC连接器材料. 4.固体氧化物燃料电池的属可用作连接器材料，可提高电池组的导电性和导热性，并降低生产成本[3].

当然，世界各国，特别是发达国家，已经在SOFC的研发中投入了大量的人力，物力和财力. 但是，在目前的水平上，仍然需要克服许多技术难题. 包括材料，设计和制备工艺等: （1）单电池材料单电池主要由阴极，电解质和阳极组成. 传统的阴极材料是钙钛矿结构（ABO3）的LaxSr1-xMnO3（LSM）. 除Sr外，还对A或B位置的其他掺杂元素进行了广泛的研究. 在低温和中温下，这类材料会表属（例如Pd）作为阴极材料. 钯是一种良好的氧化还原催化材料. 但是，由于成本原因，该领域的研究远少于钙钛矿正极材料. 实际上，如果可以优化多孔阴极表面上Pd的分布并在高温下保持其精细分散的微观结构，其性能将大大优于钙钛矿阴极材料，并且还可以简化生产过程. 单细胞的过程. 因此，单个电池的成本没有明显变化. 最常用的电解质材料是Y2O3稳定的ZrO2（YSZ）. 在

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