文 献 综 述

引言

能源是国民经济发展的动力，是国家可持续发展的基础。但随着工业的大力发展和人们生活的不断提高，人类对能源的需求日益增加。然而在当今世界，过度地开发和使用化石能源造成了能源枯竭，并且造成了严重的环境污染。除了高效使用现有能源，开发新的能源体系变得迫在眉睫。作为一种高效，洁净的能源利用方式，燃料电池（Fuel Cell, FC）技术在全世界范围内引起了关注，成为了研究重点^[1]。

燃料电池是继水力、火力和核能之后的第四代发电技术，与传统的火力发电技术不同，燃料电池是通过电化学反应方式将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置^[2]。它在实现能量转化的过程中无需热机的燃烧过程和传动设备，其效率不受卡诺循环的限制，故能量转化效率最高可达85％，同时对环境几乎是零排放，所以燃料电池被认为是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作的动力装置，它集能源、化工、自动化控制等高新技术于一体，被称为二十一世纪的新能源^[3]。

根据离子传导电解质隔膜材料的不同，燃料电池主要分为碱性燃料电池 (Alkaline fuel cell, AFC)、磷酸燃料电池(Phosphoric acid fuel cell, PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(Molten carbonate fuel cell, MCFC)、质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC(包括直接醇类燃料电池(Direct alcohol fuel cell, DAFC)和固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, SOFC))。目前，燃料电池的研究重点为SOFC和PEMFC，并向应用化发展。

第一章 前言

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)是第四代燃料电池。19世纪末，Nernst发现了固态氧离子导体，1935年Schottky发表论文指出，这种Nernst物质可以被用来作为燃料电池的固体电解质。Baur和Preis在1937年首次演示了以固态氧离子导体作为电解质的燃料电池，自此，SOFC开始了它的发展历程^[4]。固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种把燃料（如氢气）和氧化剂（如氧气）中的化学能直接转变为电能的全固体组件能量转换装置。与常规电池不同，它的燃料和氧化剂贮存在电池的外部，当工作（输出电流并做功）时，需要不间断地向电池内输入燃料和氧化剂，并同时排出反应产物。

1.1固体氧化物燃料电池的特点

SOFC单体电池是由阴极（氧化剂电极）、电解质和阳极（燃料电极）组成的三合一结构，单体电池通过连接板串联形成电池堆，电池堆可以单独或经串、并联后向外供电。阴极、电解质、阳极、连接板和密封材料是SOFC电池堆的主要组成部分。在各类燃料电池中，固体氧化物燃料电池具有独特的优点，在大、中、小型发电站，移动式、便携式电源，以及军事、航空航天等领域有着广阔的应用前景。它显著的优点主要表现在^[5]：

（1）采用全固态的电池结构，避免了像熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)那样使用液态电解质会带来腐蚀和电解质流失等问题；

（2）电池在高温下工作，电极反应相当迅速，无需采用贵金属电极，因而电池成本大大下降；

（3）燃料适用范围广，可以使用氢气、天然气、水煤气、液化石油气等，还可以使用甲醇、乙醇、甚至汽油、柴油等高碳链的液体燃料；

（4）发电效率高，不受卡诺循环限制，是目前以碳氢化合物为燃料的燃料电池中发电效率最高的一种，其一次发电效率可高达65%以上，若余热加以利用与燃气轮机联合循环，总的发电效率可达85%以上；