固體氧化物燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)

1、 功 能材料與器件學(xué)報(bào) 卷 關(guān)鍵材料和部件 的規(guī)模化制備 電堆 和測(cè)試 技術(shù) 以 及 系統(tǒng)集成等領(lǐng)域 與美 國(guó) 歐洲 日本 等發(fā) 達(dá) 國(guó)家的先 進(jìn)水平存在著一 定的差距 值得引起 足 夠的重視 , 、 、 、 。 平板式 , 的設(shè)計(jì)與制備 平板設(shè)計(jì)的主要 目的是要 降低 電極 和 電解質(zhì)層 的 厚度 從 而 使其在較低工 作溫 度下 仍具 有較高的功率 密度 平板式 、 。 單 電池的設(shè)計(jì)一 般有 種 陰極 支 。 一 撐 電解質(zhì)支撐和陽(yáng)極 支撐 由于 陽(yáng)極材料 含有金屬成分 電阻最 小 導(dǎo)熱率最 高 熱沖擊抗 力最 , , , 圖 單 電池生 產(chǎn) 工 藝 流程 , 大 并易于調(diào) 節(jié)熱膨脹系數(shù)

2、 和孔隙率 最 為適 合制成滿 , , 迄 今 為 止 若 干 陶瓷 薄 膜 制 造 技 術(shù)在 單 電池 的 制 備 中得 到 了 應(yīng) 用 側(cè) 如 流 延 軋 膜 凝 , , 、 、 足性能要求的支撐體 因此 這 種設(shè) 計(jì)被 廣為采用 , , 。 圖 膠澆 注 絲 網(wǎng) 印刷 漿料涂 覆 電泳沉 積 熱噴涂 以 及 膠 體沉 積 等技術(shù) 。 、 、 、 、 為 陽(yáng)極 支撐平板 單 電池的示 意圖 其中陽(yáng)極 支 陽(yáng)極 功 能層 。 、 , 制造 技術(shù) 的選 擇取 決 于 薄膜厚度 。 撐體的厚度小 于 一 的厚度均在 , 電解 質(zhì)和 陰極 。 和 低成本規(guī)?；?生 產(chǎn) 的要 求 對(duì) 于 陽(yáng)極 支撐

3、體 的厚 、 的范圍內(nèi) 鑒 于 多層 陶瓷工 藝技 、 度在 以 內(nèi) 選 用 流 延 技術(shù) 非 常合 適 而 陽(yáng) 極 , , 術(shù)的特點(diǎn) 平板 式單 電池 的面 積不 宜過 大 綜 合考慮 擬實(shí)現(xiàn) 的輸 出功率 生產(chǎn)工 藝 和 生 產(chǎn) 成本 等 因素 目前 田 廣泛應(yīng)用 的有 效單 電池 面 積 大致在 田 , , 電解 質(zhì) 和 陰極 的厚度均低 于 術(shù) 則能夠滿足 要 求 。 圖 精 密 絲 網(wǎng) 印刷技 展 示 了采 用 流 延 和 絲 網(wǎng) 印 , 刷制 備平 板 式 田 姍 的范圍內(nèi) 。 一 單 電池 的技術(shù) 流程 流 延 絲 網(wǎng) 印刷技術(shù) 制備 陽(yáng) 極 支撐 單 電池 的 素 坯 隨 后

4、采 用 。 多層 陶瓷共燒結(jié) 完成單 電池 的制備 、 在流延 和 絲 網(wǎng) 、 印刷工 藝中包括準(zhǔn)備漿料 流延 印刷 以 及 控制 干 燥 、 等步驟 共燒結(jié) 工 藝 則需優(yōu)化升 溫 速 率 保 溫 時(shí) 間 和 冷卻速 率 等 參 數(shù) 以 滿 足 脫 除 粘 結(jié) 劑 和 燒 結(jié) 的 要 求 防止 產(chǎn) 生 裂 紋 和 變形 平板式 , , 。 電堆是 由單 電池 在 垂 直 平 面 的 方 、 、 向上 串聯(lián) 而 成 其 中的主 要 部件有 單 電池 金 屬 連接 群 飛 。 一 體 氣體 流 場(chǎng) 等 。 、 密封 件 和 氣 體 流 腔 , 在 設(shè) 計(jì) 中應(yīng)該 考 慮 到 燃 料 氣體 和 氧

5、 化 氣 圖 陽(yáng)極支撐平 板 式 單 電池示 意 圖 體 分別 能夠均勻 傳輸 到 多孔 陽(yáng)極 和 陰極 的 表 面 上 群 平 板式 電堆 示 意 圖 貶 旦 內(nèi)流腔 和 外流 腔 期 李箭 等 固體 氧化 物燃料 電池 發(fā) 展 現(xiàn) 狀與 關(guān)鍵技術(shù) 。 , 并保持 良好 的接 觸 和 密封 氣體 流腔 的作用是 分別 , 將來(lái) 源 于 管道 的 氣 體傳送 到 相 應(yīng) 的 電堆 進(jìn) 氣 面 上 并在 電堆 的出 氣面 上 收 集 流出的氣 體 腔 之分 如 圖 , 。 通 常有 內(nèi)流 , 和外流腔 所示 。 內(nèi)流 腔 是 電堆 的 一 部 分 , 通 常是 由連 接 體 中 的 開 放 部

6、分堆 垛 而 形 成 的 腔 體 外 流 腔 則是一 個(gè) 獨(dú) 立 于 電堆 的 蓋 狀 部件 在外 力 的 作用下 通 過 密封 圈 分別 固定在 電 堆 的進(jìn) 氣 面 和 出 氣面上 。 , 與 內(nèi)流腔相 比 外 流腔 設(shè) 計(jì)有結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn)單 密 , , , , , , 封件 少 等優(yōu)點(diǎn) 然 而 就 目前 的 技術(shù) 而 言 內(nèi)流腔技 術(shù)較為成熟 為多數(shù)研 究著 所 采用 。 圖 我 國(guó)第一 臺(tái) 測(cè) 試設(shè) 備樣 機(jī) 測(cè) 試 技術(shù) 嚴(yán)格 的 , 結(jié)語(yǔ) 研究 開 發(fā)過 程 中 必 、 測(cè)試 是 , 是一 種 高效 節(jié) 能 清 潔 安 靜 和 可 靠 的 電化學(xué)發(fā) 電裝 置 。 、 、 、 不 可 少

7、 的重 要 環(huán) 節(jié) 其 目的是 評(píng)估 相 關(guān)部件 的材 料 它 在 電 力 市場(chǎng) 交 通 運(yùn) 輸 和 軍 事 。 、 設(shè) 計(jì) 和 性 能 為進(jìn) 一 步優(yōu) 化 單 電 池 和 電 堆綜 合 性 能 等領(lǐng) 域有著廣泛 的應(yīng) 用 前 景 不 同的設(shè) 計(jì) 著 眼 于 不 提供依據(jù) 。 最 基 本 的測(cè)試 包括單 電池 和 電堆 兩 個(gè) 不 。 , 、 同的市場(chǎng) 陰極 支 撐 的大 管 型 瓦 級(jí) 的 電站 陽(yáng)極 支撐 的微管 一 主要 適 用 于 兆 適 用 于 作為 左右 適用 于 , 同層次 的測(cè)試 在 單 電池 測(cè) 試 中 主 要是 評(píng) 估單 電 池 的材料 性 能 和 衰減速率 評(píng) 估 連 接

8、體 材料 和 密封 材 料 的性 能 以 及 各 界 面 之 間的結(jié) 合情 況 、 、 級(jí) 的 移動(dòng)或 固 定 電 源 目前 平 板 式 , 的工 作 面 積 多 在 火 , 。 在測(cè) 試 的 過 程 將 判 、 , 的 固定 或 移 動(dòng) 電站 級(jí) 的 平板 總之 , 斷工 作 溫 度 氣體 成 分 氣流量 電流密度 熱 循 環(huán) , 、 、 已 經(jīng) 納 人 美 國(guó) 政 府 的 研 究計(jì) 劃 之 中 燃料利 用 率等 多個(gè) 參數(shù) 對(duì) 性能 的 作 用 機(jī) 制 并探 索 出提 高熱循 環(huán) 和 穩(wěn) 態(tài) 壽命 的方法 并將 其用 于 電堆 , 技術(shù) 的研 究 和 開 發(fā) 受 到 了 世 界 許 多 國(guó)

9、 家 的 普 遍 重 視 包括 美 國(guó) 歐 洲 日本 澳 大 利 亞 韓 國(guó) 等 , , 、 , , , 。 , 。 這一 在 電 堆 測(cè) 試 過 程 中 主 要 是評(píng) 估 部 件 之 間 的連 技術(shù) 的成 功應(yīng) 用 對(duì) 于 緩 解能 源 危 機(jī) 滿 足 人 類 對(duì) 電 力 數(shù) 量 和 質(zhì)量 的 需 求 保 護(hù) 人 類 的 生 存 環(huán) 境 以 及 保 、 接 情 況 和 相互適 應(yīng)性 連 接 體 和 氣體流 場(chǎng) 的設(shè) 計(jì) 熱 循 環(huán) 特 性 以 及 長(zhǎng) 時(shí)間性 能衰減 速 率 、 、 、 。 所 需 控制 的參 。 障 國(guó) 家安全 都具 有 重 大 的 意 義 , 。 我國(guó) , 技術(shù) 的 技

10、、 數(shù)是 氣 體成分 流 量 和 電 流 密 度 等 參 數(shù) , , 、 電堆測(cè) 試 研究 與與開 發(fā) 正 在 逐 步 興 起 與 世 界 先 進(jìn) 水平 還 存 應(yīng)該 是 分階段 進(jìn) 行 從 小 型 電 堆 逐 步 增 加 到 設(shè) 計(jì) 所 要 求 的功 率 從 而 判 斷 界 面 增 加 氣 體分 配 均勻 性 和 在著 一 定 的 差 距 。 就 目前 世 界 水 平 而 言 , 、 術(shù) 還 不 能滿 足 商 業(yè) 化 的要 求 在 材 料 設(shè) 計(jì) 制 備 和 熱 量積 累對(duì) 電 堆性能 的 影 響 , 。 集成 等各個(gè)領(lǐng) 域都有 待 于 深 人 的探 索 。 目前 僅 有 少 量 幾 個(gè) 外

11、 國(guó)公 司 能夠 提 供 的測(cè) 試 設(shè) 備 如 加 拿 大 的 , , , 和 參考 文 獻(xiàn) , , 等公 司 然 而 價(jià) 格 昂 貴 售 后 服務(wù) 困難 。 群 , 自主開 發(fā)我 國(guó) 的 , 測(cè)試平 臺(tái)對(duì) 于 。 二 一 我國(guó) 技 術(shù) 的研究 與 開 發(fā) 至 關(guān) 重 要 就 目前 國(guó) , 。 內(nèi) 的情 況 來(lái) 看 武 漢 力 興 測(cè)試 設(shè) 備 有 限 公 司 正 在 進(jìn) 一 仁 行 不 同功 率 大 小 的 樣機(jī) 見 圖 測(cè) 試 設(shè) 備 的開 發(fā) 工 作 其 。 一 的適 用 性 已 經(jīng) 的 到 了證 實(shí) , 隨著 我 國(guó) , , , 技 術(shù)研 究 開 發(fā) 的 深 人 測(cè) 試 平 臺(tái)的 國(guó)產(chǎn) 。 即 , , 仁 一 、 化 將 變 得 越 來(lái) 越 迫切 和必 要 功 能材料與器件學(xué)報(bào) 一 卷 一 , , , 腳 即 一 , 。 一 阮 , , , 。 腳 , , 。 , 一 , , , 仁了 一 , 一 一 一 , , 一 , , , 一 姍 , 一 、 , , , , , , 叭 。 一 , 卿 一 , , 加 , , , , 。 , , , , , , , , 一 , 滋 , , , , , , , 一 ,