固体氧化物燃料电池SOFC

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1、固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池(固体氧化物燃料电池(SOFC)燃料电池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的优点的优点: 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%;可使用多种燃料:氢气、甲烷、天然气;排放高温余热可进行综合利用,易于实现热电联产,燃料利用率高低噪声,低排放,是清洁能源;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;不用贵金属,不存在液态电解制腐蚀及封接问题SOFC的问题的问题:l操作温度高导致电池启动慢,

2、需要更多的保温设备以维持电池高温l不适用于交通工具与随身携带SOFC的结构: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;支撑体;2-蛇形沟槽;蛇形沟槽;3-阳极;阳极;4-电解质;电解质;5-阴极阴极SOFC的工作原理: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

3、应连接阴极阳极可以得到的电流大小为 阳极阳极电解质阴极O2H2Oe-e-H2H+SOFC固体电解质材料固体电解质材料:u氧化锆基电解质u氧化铈基电解质材料u氧化铋基电解质材料u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/cm2时内阻和电极极化引起的电压降将高达0.2V,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

4、、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)钙钛矿型材料.因为它具有高的电子电导性、电化学活性和与YSZ相近的热膨胀系数等综合优良性能。连接体材料:连接体材料:它一边与一个单电池的阳极连接,另一边与另一个单电池的阴极连接,因而也称为双极连接材料,即连接两个单电池的阴极和阳极。目前主要有两类材料能满足平板式SOFC连接材料的要求:一种是钙或锶掺杂的铬酸镧钙钛矿材料La1-xCaxCrO3(LCC);另一类材料是耐高温Cr-Ni合金材料。管式SOFC的连接材料一般采用LCC,用电化学气相沉积法(EVD)沉积在亚锰酸镧(LSM)电极上烧结而成,厚度约40m。 高温无机密封材料:高温无机密封材料:高温无机密封材料也是平板式高温无机密封材料也是平板式SOFC的关键材料之一,用于组装的关键材料之一,用于组装电池时夹层平板结构和双极连接板之间的密封。电池时夹层平板结构和双极连接板之间的密封。高温密封材料主要采用高温密封材料主要采用高温玻璃材料高温玻璃材料或或玻璃玻璃/陶瓷复合材料。陶瓷复合材料。玻璃焊料可以采用纯玻璃的结构或微晶玻璃结构。依据玻璃焊料可以采用纯玻璃的结构或微晶玻璃结构。依据SOFC工作工作温度时的焊料状态,可分为温度时的焊料状态,可分为软封接软封接与与硬封接硬封接。

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