固體氧化物燃料電池資料

1、整理ppt,1,固體氧化物燃料電池,整理ppt,2,一、含義,固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC）屬于第三代燃料電池，是一種等溫、直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環(huán)境友好地轉化成電能的全固態(tài)化學發(fā)電裝置。,整理ppt,3,二、工作原理,電池含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成，氫氣和氧氣（空氣）分別由陽極和陰極進入燃料電池。經催化劑的作用，氫氣分解為氫離子和兩個電子，其中氫離子遷移到薄膜的另一邊，電子則經外電路形成電流后到達陰極。在陰極催化劑的作用下，氫離子、氧氣、電子發(fā)生反應生成水。因此水是反應的唯一排放物

2、。,整理ppt,4,SOFC采用固體氧化物作為電解質，在高溫下具有傳遞O2-的能力，在電池中起著傳導O2-和分隔氧化劑和燃料的作用。在陰極，氧分子得到電子還原為氧離子；氧離子在電解質隔膜兩側電勢差與氧濃度差驅動力的作用下，通過電解質隔膜中的氧空位，定向躍遷到陽極側，并與燃料進行氧化反應。,整理ppt,5,固體氧化物燃料電池工作原理示意圖,整理ppt,6,整理ppt,7,三、電池結構,由于是全固體的結構，固體氧化物燃料電池具有多樣性的電池結構，以滿足不同需求。主要電池結構有管式、平板式、套管型、單塊疊層結構及熱交換一體化的HEXIS結構等等。不同結構類型的SOFC在結構、性能及制備等方面各具優(yōu)缺

3、點。,整理ppt,8,管式SOFC,管狀結構SOFC是最早發(fā)展的一種形式，也是目前較為成熟的一種形式。單電池由一端封閉、一端開口的管子構成，如圖2a所示。最內層是多孔支撐管，由里向外依次是陰極、電解質和陽極薄膜。氧氣從管芯輸入，燃料氣通過管子外壁供給。目前管狀結構單電池已經運行了數萬小時。單電池通過陰、陽極間連接形成電池堆，如左圖所示。,整理ppt,9,管型SOFC的優(yōu)點： 單電池間的連接體設在還原氣氛一側，這樣可使用廉價的金屬材料作電流收集體。單電池采用串聯、并聯方式組合到一起，可以避免當某一單電池損壞時，電池組完全失效。用鎳氈將單電池的連接體聯結起來，可以減小單電池間的應力。管型SOFC電

4、池組相對簡單，容易通過電池單元之間并聯和串聯組成大功率的電池組。管型SOFC一般在很高的溫度下操作，主要用于固定電站系統(tǒng)，所以高溫SOFC一般采用管型結構。 管型SOFC的缺點： 電流通過的路徑較長，限制了SOFC的性能。,整理ppt,10,平板型SOFC,平板型固體氧化物燃料電池的幾何形狀簡單，其設計形狀使得制作工藝大為簡化。平板式SOFC結構組成如圖3a所示。陽極、電解質、陰極薄膜組成單體電池，兩邊帶槽的連接體連接相鄰陰極和陽極，并在兩側提供氣體通道，同時隔開兩種氣體。,整理ppt,11,平板型SOFC的優(yōu)點： “三合一”組件制備工藝簡單，造價低，由于電流收集均勻，流經路徑短，使平板型電池

5、的輸出功率密度較管式高。 平板型SOFC的缺點： 密封困難、抗熱循環(huán)性能差及難以組裝成大功率電池組。但是，當SOFC的操作溫度降低到600800后，可以在很大程度上擴展電池采用的選擇范圍、提高電池運行的穩(wěn)定性和可靠性，降低電池系統(tǒng)的制造和運行成本。,整理ppt,12,四、特點,(1) 運行溫度高（一般為8001000），陰、陽極的化學反應速率大，并接近于熱力學平衡，電極處的極化阻抗小，可以通過大的電流密度，不需要貴重的催化劑； (2) 由于固體氧化物電解質的透氣性很低，電子電導率低，開路時電壓可以達到理論值的96； (3) 由于SOFC運行溫度高，便于利用高溫廢氣，可實現熱電聯產，燃料利用率高

6、； (4) 全固體結構，避免了液態(tài)電解質對材料的腐蝕，解決了電解液的控制問題； (5) 氧化物電解質很穩(wěn)定，抗毒性好。電極有相對較強的抗污染能力； (6) 可使用多種燃料，包括直接使用碳氫化合物； (7) 不要求外圍設備條件，諸如不需要濕度控制、空氣調節(jié)等。,整理ppt,13,五、SOFC的國內外研究與開發(fā)現狀,管型SOFC是目前最接近商業(yè)化的SOFC發(fā)電技術。西 門子-西屋動力公司（SWPC）； 日本的Kansai電力公司的管型SOFC已經進行了10529h的高電流密度放電試驗； 加拿大的Global熱電公司在中溫平板型SOFC研發(fā)領域具有舉足輕重的地位； 中國科學院上海硅酸鹽研究所、中國科

7、學院大連化學物理研究所、中國科技大學等正在進行平板型SOFC的研發(fā)。,整理ppt,14,我國SOFC 的研制始于1971 年,當時中科院上海硅酸鹽研究所開展SOFC 的電解質材料和電極材料的研究. 近幾年來,國內吉林大學,清華大學,華南理工大學,科技大學,中國科學院物理研究所,上海硅酸鹽所,北京化冶所和大連化物所分別開展SOFC 的相關材料,單電池組裝及測試方面的研究工作. 上海硅酸鹽所在氧化鋯電解質,電極材料和SOFC 單電池制備研究方面開展了大量的工作,大連化物所90 年代初開始固體氧化物燃料電池究,Pt/YSZ ,LSM/YSZ ,Ni2YSZ 等電極制備,性能優(yōu)化以及電極上電化學過程進行了大量深入的研究 ,提出LSM 電極中氧空位的形成機理,LSM + YSZ 復合電極中YSZ 的作用機理 . 研制出平板式單電池,用H2 或CH4 作燃料功率密度達到0. 15 W/ cm2.,整理ppt,15,目前,正開展中溫SOFC 的研制,在多孔Ni2YSZ 基膜上制備負載型YSZ 膜(1020m) 方面,已取得初步成效. 中科院化冶所在1995 年從俄羅斯引進了20 W 塊狀疊層電池組進行了運行試驗,并設計了一種新型SOFC 結構,申請了專利 . 華南理工大學成功研制出瓦級管式SOFC 單電池