能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。高度发展的能源工业奠定了现代文明的基石。随着经济和社会的发展，能源需求和供应之间的鸿沟日益明显，同时，化石能源使用过程中造成的生态环境恶化也给人类社会的可持续发展带来极大的挑战。为此，寻求能量转换效率高和环境友好的新能源已成为当前世界面临的重要课题。燃料电池（Fuel Cell）技术的出现为人类的能源利用方式改革带来了新的契机。

1燃料电池简介

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池内部在催化剂作用下发生氧化还原反应，不经过剧烈燃烧就能直接将燃料氧化并产生出电能，因此能量转换效率不受卡诺循环的限制，其能量转换效率高达60%～80%^[1]。此外，相比于传统发电方式，燃料电池还具有对环境友好、可靠性高等优势。

燃料电池有多种类型，按使用的电解质不同主要可以分为以下5类：碱性氢氧燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸型燃料电池（Phosphorous 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）和固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。其中，碱性氢氧燃料电池是燃料电池领域最早发展起来的技术，并且技术高度成熟。磷酸型燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池已有部分商品化产品出售，目前主要任务是进一步完善工艺和降低成本。质子交换膜燃料电池的成本以及加氢站的建设制约着其商业化进程^[2]。此时，固体氧化物燃料电池凭借其全固态结构、无需采用贵金属电极和极好的燃料适应性等优点在大型发电设备和分散式电源供电等领域有着巨大的市场潜力。

2固体氧化物燃料电池（SOFC）

2.1 SOFC工作原理

SOFC的工作原理如图1所示，将燃料气体和氧气（或空气）分别通入阳极和阴极，氧气中的氧分子吸附在阴极表面并分解成氧原子，然后氧原子扩散到气体-电极-电解质的三相反应界面（TPB），与通过外电路的电子结合成阳离子（O^2-），氧离子在电解质两

图1.固体氧化物燃料电池示意图工作原理示意图

侧的电位差与浓度差驱动力的作用下，通过固体电解质内的氧空位扩散到阳极；同时，燃料气体进入阳极反应活性位，与氧离子发生氧化反应生成水并释放出电子，从而产生直流电^[3]。只要不断的向其提供燃料和氧化气体，就可以连续不断地发电。