1.前言

能源一直是人类关注的焦点。人类社会的发展离不开能源。在现代高速发展的情况下，人类对于能源的关注和研发达到了空前的重视。在英国工业革命的时候，人们就开始用热机来转化能源的化学能，但是这种方式即使是现在，利用率也是很低的，这也造成了地球资源大量的浪费。因此，能源的研究和利用将是人类社会进步的一大突破。根据历史潮流，新一代的能源利用，将更加讲究高效和清洁环保，并且能够有着合适的工业化生产水平和在国际范围的使用。

2.燃料电池

燃料电池作为现在第四代发电技术，在近些年的发展和研究中取得了长足的进步，但是在工业化生产上，还需要进一步的研究。燃料电池和其他发电方式例如：火力发电，水力发电等有着本质的区别。因为它是直接将燃料（氢气，天然气，煤气）和氧化剂（氧气）进行反应的化学能转化成电能。从而实现更加高效的目标，同时它的产物只有二氧化碳和水，这种发电方式就更加的清洁环保。因此它也被称为21世纪的绿色能源。就目前而言，燃料电池将在解决能源问题上扮演一个重要的角色。

在1839年，英国的Grove发表了第一篇有关燃料电池的文章，当时他在室温的情况下做出了氢-氧燃料电池，但是效果却并不好。直到20世纪90年代的时候，燃料电池才在太空飞船上得以成功的应用。直到现在为止，共有4种主要的燃料电池，磷酸型燃料电池（PAFC），熔融型碳酸盐燃料电池（MCFC），碱性燃料电池（AFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。现在这4种燃料电池分别处于不同的发展阶段。AFC主要应用于太空行动中，为宇航员提供饮用水和为飞船提供动力。PAFC是以磷酸为电解质，但是它需要贵金属铂来做催化剂和电极，所以这个问题严重影响了它进一步的发展。MCFC是以熔融碱金属碳酸盐和碳酸氢盐或者其混合物做电解质，虽然电极不需要贵金属，但是需要高温来进行反应，目前仍处于研发阶段。SOFC作为新一代的发电设备，目前备受关注，很多国家已经对其有了深入的研究，和其他燃料电池相比，它有着许多的优势。首先SOFC能够适合多种燃料，如氢气，甲烷，甲醇等烃类气体。然后它的单位体积和面积的功率和电流密度都很高，还有SOFC是全固态电池，避免了液体对于装置的腐蚀。

3.固体氧化物燃料电池（SOFC）的工作原理

我们现在所研究的就是固体氧化物燃料电池的单电池，它是一种简单的PEN结构，分别有阳极，电解质，阴极构成。组成形式为:阳极|电解质|阴极。它们是由致密的固体氧化物陶瓷所构成。在阳极一般是通燃料，而阴极是通空气。

阳极反应：

若燃料是氢气，则反应式为：H2 O2- H2O 2e-

若燃料是烃类，则反应式为：CnH2n 2 (3n 1)O2- nCO2 (n 1)H2O (6n 2)e-

阴极反应：

反应式为：O2 - 2e- 2O2-

图1是表示固体氧化物燃料电池的工作示意图。