電子教案與課件：現(xiàn)代化學(xué)電源課件-4.燃料電池

1、現(xiàn)代化學(xué)電源本科生課程2016-5-24宇通客車第三代燃料電池客車ZK6125FCEVG24 燃料電池4.1 燃料電池概述4.2 質(zhì)子交換膜燃料電池4.3 固體氧化物燃料電池4.4 其他類型FC4.1 燃料電池概述4.1.1 燃料電池發(fā)展4.1.2 燃料電池原理特點4.1.3 燃料電池結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)4.1.4 燃料電池類型4.1.5 燃料電池性能1801年，德比(英國)實驗碳氧電池（硝酸電解質(zhì)），提出燃料電池可行 1839年，格羅夫William Robert Grove（英國）氫氧電池發(fā)電成功，電解水的逆過程，開始了燃料電池序幕4.1.1 燃料電池發(fā)展Sir William Grove1811-

2、1896Overall reaction:2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g); E0 = 1.23 VGroves drawing of one of his experimental gas batteries from an 1843 letter(NOTE: 4 or 5 cells needed to electrolyse water in 1 cell!)the worlds first gas battery, later renamed the fuel cell. 4.1.1 燃料電池發(fā)展1889年，由蒙德（Ludwig Mond ）和朗格爾（Charles L

3、anger ）（試圖用工業(yè)煤氣制造實用裝置）首次提出Fuel Cell名稱1894年，奧斯特瓦爾德（W.Ostwald ）從熱力學(xué)角度證明了燃料電池效率為50-80%1932年，劍橋大學(xué) Bacon 開始研究1952年，Bacon 獲得成功（專利獲得）5kW堿性燃料電池（多孔Ni電極）雙孔結(jié)構(gòu)Ni電極鋰離子嵌入Ni板預(yù)氧化，解決電極腐蝕問題排水方案保證了電解液工作質(zhì)量4.1.1 燃料電池發(fā)展1958年，飛機(jī)制造商Pratt&Whitney獲得使用Bacon的 專利權(quán)，使燃料電池實用化。1966年，阿波羅宇宙飛船使用AFC燃料電池登月1972年，美國開始民用燃料電池開發(fā)，1977年建成了兆瓦磷酸

4、燃料電池實驗電站。 實用化全面開展，家用能源、汽車用動力、工業(yè)用電等The Apollo fuelcell power plant.31 cells, 100 mA cm-2,in total 1.12kW at 28V.110 kgMonday 13 April 1970, 9.07 pm；200,000 miles out in spaceThomas Bacon (1904-1992) 燃料電池化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，由陽極、陰極和電解質(zhì)構(gòu)成。它同普通的干電池不同，不用廢棄，只要有氧氣和氫氣（燃?xì)猓?，就可不斷地發(fā)電。其原理是水的電解的逆過程。電解是將水電解生成氫氣和氧

5、氣，相反，燃料電池是利用氫氣和氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電。氧氣氫氣水的分解電電氧氣氫氣4.1.2 燃料電池原理特點燃料電池原理熱電聯(lián)供，廢熱利用率40%可靠性高：已經(jīng)實用化的AFC和PAFC證實噪聲低：運(yùn)動部件少，按電化學(xué)原理工作對環(huán)境友好：主要產(chǎn)物是水無NOx，SOx高效：熱電轉(zhuǎn)換效率40%以上燃料電池特點4.1.2 燃料電池原理特點多個電池組合可以得到更高的輸出電壓。4.1.3 燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)燃料電池結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)燃料電池系統(tǒng)電池組燃料供給系統(tǒng)余熱利用水管理自動控制系統(tǒng)電能輸出系統(tǒng)用戶系統(tǒng)4.1.3 燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1.4 燃料電池類型燃料電池類型工作方式分類燃料電池類型電解質(zhì)性質(zhì)分類4.1

6、.4 燃料電池類型開路電壓H2-O2燃料電池理論開路電壓隨溫度變化燃料電池溫度/理論開路電壓/VAFC251.229PEMFC801.17PAFC2051.14MCFC6501.03SOFC11000.91開路電壓與溫度溫度系數(shù) 4.1.5 燃料電池性能開路電壓開路電壓-壓力等溫條件下，電池反應(yīng)的自由能變化量的壓力梯度可以表示為 為恒溫條件下電池電壓隨壓力的變化率 電池反應(yīng)氣體體積變化量 SOFC：反應(yīng)物和產(chǎn)物在高溫條件下均為氣體，因此電池反應(yīng)的體積變化較大，壓力對電池電壓的影響也較大純H2，總壓力從0.1MPa增加到1MPa時，電池電壓增加45mV 4.1.5 燃料電池性能熱力學(xué)第二定律可以

7、得出卡諾循環(huán)的效率 熱機(jī)最大效率為卡諾效率，燃料電池之所以得到廣泛研究是因為燃料的效率可以比熱機(jī)效率高，不受卡諾循環(huán)效率的限制 效率熱效率4.1.5 燃料電池性能效率電化學(xué)效率 工作電壓總是低于理想電壓，工作電壓與理想電壓之比即為電池的電化學(xué)效率反映了燃料電池工作的可逆與不可逆程度，電化學(xué)效率：提高電池工作效率提高電池的工作電壓Ecell改善電極結(jié)構(gòu)、電池制作工藝、及導(dǎo)線電阻降低電極極化電阻和電池歐姆電阻損失 4.1.5 燃料電池性能燃料電池的電流效率是從燃料消耗量與實際電流角度考慮也稱法拉第效率，即式中ISOFC燃料電池的實際電流，A； I0按反應(yīng)物消耗量計算的理論電流，A。SOFC內(nèi)部除了

8、電極的電化學(xué)反應(yīng)之外，還包括電極催化的反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)，因此電池的電流效率通常是小于1的。效率電流效率4.1.5 燃料電池性能SOFC系統(tǒng)：燃料電池組、燃料劑和氧化劑的存儲和傳輸裝置，加熱、冷卻輔助系統(tǒng)等。從整體系統(tǒng)考慮，定義燃料電池的系統(tǒng)效率 效率電池系統(tǒng)效率系統(tǒng)所有輔助設(shè)備組件所消耗的電能及其他能量損失 SOFC總電池效率4.1.5 燃料電池性能放電曲線與功率密度4.1.5 燃料電池性能4.1.5 燃料電池性能電池性能的影響因素電極催化劑溫度壓力反應(yīng)氣組成雜質(zhì)（PAFC、PEMFC）電流密度電池內(nèi)阻AFC系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有： (1)航天飛行器用動力電源； (2)軍事裝備電源； (3)

9、電動汽車用的動力電源； (4)民用發(fā)電裝置。4.1.6 FC應(yīng)用領(lǐng)域 AFC系統(tǒng)應(yīng)用限制：經(jīng)濟(jì)可行性與電池性能提高電池系統(tǒng)性能降低電池造價與操作費(fèi)用；增強(qiáng)競爭能力。Lift off for space shuttle Endeavour from launch pad 39A of NASAs Kennedy Space Center in Florida, 15 July 2009. 4.1.6 FC應(yīng)用領(lǐng)域PAFC和MCFC應(yīng)用領(lǐng)域有： 發(fā)電廠 無瞬間間斷系統(tǒng)電源 熱電聯(lián)供PAFCMCFCONSI PC25C型電站4.1.7 燃料電池研發(fā)進(jìn)程1991年運(yùn)行的東京灣五井11MWPAFC發(fā)電廠

10、電堆功率密度為0.142W/cm2.20世紀(jì)90年代，國際燃料電池公司開發(fā)的電池功率密度達(dá)到0.306W/cm2，平均電壓0.71V，電流密度431mA/cm2,千小時壓降4mV。三菱電機(jī)株式會社，開發(fā)了500W小型電池堆，運(yùn)行10000h，千小時壓降2mV4.2.1 AFC4.2.2 PAFC4.2.3 MCFC4.2.4 DMFC4.2 其他類型FC4.2.1 AFC隔膜電解液:石棉膜（ 3MgO2SiO22H2O ）吸收有限30-45的KOH電解液維持穩(wěn)定的三相界面。正負(fù)極:氣體擴(kuò)散電極電解的離子導(dǎo)體：OH-陽極側(cè)生成水：及時排除，避免電解質(zhì)溶液稀釋和氣體擴(kuò)散電極孔道淹沒工作原理AFC工

11、作原理負(fù)極: 2H2-4e-+4OH-=4H2O正極: O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng): 2H2+O2=2H2OAFC電池結(jié)構(gòu)氣體擴(kuò)散電極：導(dǎo)電、強(qiáng)度、孔隙率、化學(xué)穩(wěn)定性陽極催化劑：Raney鎳粉或Pt/C銀極催化劑：銀基催化劑電解質(zhì)隔膜極板無孔復(fù)合材料：分隔氧化劑和還原劑 集流、電的良導(dǎo)體導(dǎo)熱性好，確保電池溫度均勻、廢熱順利排出。 具有抗腐蝕能力 帶流場，反應(yīng)分布均勻石墨和鎳板，厚大于3mm；Mg、Al鍍Ag或Au極板AFC極板AFC優(yōu)點：60-80工作，材料廣，如用耐堿塑料；可不用貴金屬鉑系催化劑。成本低。 啟動快，室溫5分鐘內(nèi)便可達(dá)到額定負(fù)荷 低溫下氧還原時，電極極化損失小。缺點

12、:KOH中CO2敏感，30碳酸根離子，電池輸出功率。需CO2脫除裝置, 系統(tǒng)復(fù)雜AFC工作溫度低，廢熱利用受限。4.2.2 PAFC負(fù)極:H2-2e-=2H+正極:1/2O2+2H+2e-=H2O總反應(yīng)：H2+1/2O2=H2OPAFC工作原理電極:涂布有催化劑的多孔質(zhì)碳素板（Pt/C）電解質(zhì)：濃磷酸浸泡的SiC基質(zhì)PAFC電池結(jié)構(gòu)SiC基質(zhì)：（1）承載電解質(zhì)磷酸；阻止反應(yīng)氣體進(jìn)入相對電極中；（2）少量PTFE制成0.1-0.3mm厚微孔隔膜，靠毛細(xì)作用吸附電解質(zhì)PAFC電池結(jié)構(gòu)氣體擴(kuò)散電極：陽極30%PTFE；陰極40-60%PTFE疏水防止酸涌催化劑材料Pt催化劑：2nm，大于100m2/

13、g過渡金屬：Fe、Co作陰極材料Pt與過渡金屬合金：Ti、Cr、V、Zr、Ta等催化劑載體： 乙炔炭黑、爐炭黑分隔板 玻璃態(tài)碳板：厚度小于1mm表面平整光滑，便于接觸。導(dǎo)氣并防止正負(fù)極氣體混合PAFC電池結(jié)構(gòu)典型PAFC結(jié)構(gòu)圖(a)槽形電極型，(b)槽形隔板型缺點：貴金屬燃料氣中CO會使電催化劑毒化而失去催化活性。優(yōu)點：電解質(zhì)不受CO2影響與SOFC和MCFC相比發(fā)電溫度低穩(wěn)定性良好；余熱利用中獲得的水可直接作為日常生活用熱水；起動時間短。PAFC特點PAFC性能影響因素雜質(zhì)的影響-H2SH2S吸附在Pt上，影響電極性能隨溫度增加，影響程度減弱反應(yīng)氣中CO,H2S的度化作用增加PAFC中允許的

14、H2S濃度 2010-6NH3與電解質(zhì)反應(yīng)，應(yīng)該小于0.2%PAFC性能影響因素雜質(zhì)的影響-COCO導(dǎo)致陽極極化增加隨溫度增加，影響程度減弱4.2.3 MCFCMCFC工作原理電極:鎳催化劑氧化劑：CO2和O2電解質(zhì)：LiAlO2基質(zhì)的Li2CO3和K2CO3工作溫度：600-650MCFC電池結(jié)構(gòu) LiAlO2隔膜中吸附熔融態(tài)Li2CO3和K2CO3MCFC氣體擴(kuò)散電極陽極催化劑：Ni-Al(質(zhì)量分?jǐn)?shù)3)合金孔隙率50-70，厚度0.50-0.75mm，平均孔徑3-7m多孔純Ni陽極在650 的陽極還原氣氛中長期工作，會引起燒結(jié)(稱為蠕變)、多孔結(jié)構(gòu)破壞、厚度收縮，造成接觸不良和高的陽極過電

15、位；Al可抑止蠕變，預(yù)期4萬 h電極收縮3陰極催化劑：NiO孔隙率50.8; 厚度0.25-0.50mm，平均孔徑8-10m。2的Li摻雜形成非化學(xué)計量化合物L(fēng)ixNi1-xO，產(chǎn)生游離電子，提高NiO電極的導(dǎo)電性。NiO電極會產(chǎn)生膨脹，擠壓電池殼體，破壞殼體與電解質(zhì)基體間的濕密封； NiO可溶解、沉淀、在電解質(zhì)基底中重新形成枝裝晶體，導(dǎo)致電極性能降低，壽命縮短。MCFC電解質(zhì)/隔膜堿金屬(Li、Na、K)的碳酸鹽作為電解質(zhì)：工作溫度呈熔融狀態(tài)，載流子為CO32-；典型的電解質(zhì)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為62Li2CO3十38K2CO3電池隔膜：MCFC的核心部件，偏鋁酸鋰（LiAlO2)）制備隔膜，它

16、具有很強(qiáng)的抗碳酸熔鹽腐蝕的能力形狀材料粒度/m組成/%作用細(xì)粒 -LiAlO20.155提高孔隙率粗粒-Al2O31035抗壓和熱循環(huán)纖維-Al2O34510抗張和抗彎強(qiáng)度隔膜組成隔膜制備：熱壓法、電沉積、帶鑄法MCFC極板雙極板：完成集流體、隔離板和氣體通道三個功能作用要求：耐腐蝕性、導(dǎo)電，導(dǎo)熱、分布?xì)饬?。材質(zhì)：不銹鋼和Ni合金鋼，316L和310沖壓雙極板MCFC特點優(yōu)點：工作T高，不需要貴金屬催化劑，降低了成本；使用CO含量高的燃料氣，如煤氣；余熱溫度高，可底循環(huán)或回收利用，使總的熱效率達(dá)到80；可用空氣冷卻，尤其適用于缺水的邊遠(yuǎn)地區(qū)。缺點：高溫及電解質(zhì)強(qiáng)腐蝕性，電池的壽命受限邊緣高溫濕

17、密封技術(shù)難度大，尤其是在陽極區(qū)遭受嚴(yán)重的腐蝕。熔融碳酸鹽的一些固有問題，如冷卻導(dǎo)致開裂 增加了CO2循環(huán)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜4.2.4 DMFCDMFC工作原理甲醇和水代替氫氣陽極：陰極：總反應(yīng)：DMFC特點優(yōu)點：甲醇為液體燃料，比氫氣容易儲存和運(yùn)輸，安全性高，可以做體積小，質(zhì)量氫的微型電池。缺點：甲醇電化學(xué)反應(yīng)速率比H2低3-4個數(shù)量級，發(fā)電效率低中產(chǎn)生成類CO產(chǎn)物，導(dǎo)致Pt催化劑中毒Nafion膜使甲醇滲透到陰極，導(dǎo)致電池OCV降低，同時增加陰極極化，降低電池的電流效率。DMFC陽極反應(yīng)機(jī)理 甲醇在Pt吸附，逐步脫氫，產(chǎn)生Pt-CO；Ru氧化H2O，得到Ru-OH，進(jìn)而促使Pt-CO變成CO2.

18、 第二步為反應(yīng)的控制步驟，因此必須擴(kuò)大納米級Pt與RuOxHy的接觸界面，而不是實現(xiàn)Pt-Ru合金化。 向Pt中添加其他元素改善電極活性DMFC陰極組成：Pt/C，Pt含量比PEMFC的高影響因素：Pt顆粒達(dá)到納米級（2.5-3.0nm）提高氧的還原能力。甲醇滲透增加陰極極化。解決甲醇滲透對陰極影響的方法開發(fā)選擇性氧還原催化劑開發(fā)比Pt更高交換電流密度的催化劑，提高陰極電勢；研究的催化劑有Pt-Co-Cr、Pt-Co-Ni等電解質(zhì)膜角度考慮，采用減少甲醇滲透的膜DMFC性能甲醇水溶液：1mol/L。工作電壓：單電池0.5V，比PEMFC低0.2V工作電流：平均100-300mA/cm2，為PE

19、MFC的1/3-1/2。軍用：單兵電池、裝甲車民用：手機(jī)電池、筆記本電池、電動車DMFC應(yīng)用領(lǐng)域4.3 質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)4.3.1 PEMFC概述4.3.2 PEMFC電極4.3.3 PEMFC質(zhì)子交換膜4.3.4 PEMFC膜電極制備4.3.5 PEMFC雙極板與流場4.3.6 PEMFC電池堆4.3.7 PEMFC性能及應(yīng)用領(lǐng)域4.3.1 PEMFC概述PEMFC原理電解質(zhì)：全氟型固體聚合物電極：鉑/炭或鉑-釕/炭為電催化劑和擴(kuò)散層電極反應(yīng)：陽極：陰極：20世紀(jì)60年代，美國將PEMFC用于雙子星座航天飛行。聚苯乙烯磺酸膜工作時降解, 電池壽命縮短，污染產(chǎn)物水。通用電器：全

20、氟磺酸膜，延長壽命，生成水無污染，進(jìn)行小電池生物實驗衛(wèi)星搭載實驗。美國航天飛機(jī)：采用石棉膜型堿性氫氧燃料電池(AFC)，造成PEMFC停滯。4.3.1 PEMFC概述PEMFC發(fā)展歷史1983年，加拿大國防部資助巴拉德動力公司研究PEMFC突破性進(jìn)展：薄的(50-150m)高電導(dǎo)率的Nafion和Dow全氟磺酸膜，電池性能數(shù)倍提高Pt-C代替純Pt黑:催化層加全氟磺酸樹脂，實現(xiàn)電極立體化“三合一” MEA膜電極，電極Pt量降至0.5mg/cm2，功率密度0.5-2w/cm2。4.3.1 PEMFC概述PEMFC發(fā)展歷史電池組的質(zhì)量比功率和體積比功率分別達(dá)到700w/kg和1000w/L。優(yōu)點：

21、除了具有FC的一般優(yōu)點外，還具有： 室溫下快速啟動 無電解質(zhì)液流失 比功率和比能量高 壽命長。4.3.1 PEMFC概述PEMFC特點缺點：膜的價格高，生產(chǎn)所需技術(shù)高，能生產(chǎn)的廠家少 對CO敏感，催化劑成本較高。由于以貴金屬鉑作為催化劑4.3.1 PEMFC概述PEMFC組成氣體擴(kuò)散電極：支撐作用的擴(kuò)散層和電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的催化層（Pt/C）。4.3.2 PEMFC電極PEMFC的電極擴(kuò)散層催化層擴(kuò)散層作用支撐催化劑提供氣體、電子通道收集電流排水通道電催化活性高比表面積高導(dǎo)電性能好穩(wěn)定性能好適當(dāng)?shù)妮d體低成本電極催化劑Pt/C4.3.2 PEMFC電極催化劑要求發(fā)展：（鎳、鈀）鉑黑Pt/C催化劑。

22、問題： H2中含有的CO和CO2均會使Pt催化劑中毒 H2中CO含量 （體積分?jǐn)?shù)） 電極有效面積（與純H2相比） 10-5 53% 10-4 16%4.3.2 PEMFC電極陽極催化劑如何解決CO中毒？解決CO中毒的措施：(1) 降低CO含量滲氧法在燃料增濕器中加入少量的H2O2(2) 采用Pt復(fù)合催化劑如Pt-Ru、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-Mn、Pt-Pd、Pt-Ir等。Pt-Ru（1：1）性能最好：4.3.2 PEMFC電極陽極催化劑80，電流密度為500mA/cm2 催化劑種類 燃料成分輸出電壓 Pt/C 純H2 Pt/C 80%H2、20%CO210-5CO（體積分?jǐn)?shù)

23、）下降50mV Pt-Ru/C 80%H2、20%CO210-4CO（體積分?jǐn)?shù)）下降35mV陰極催化劑 Pt：最好的電催化氧和氫催化劑,Pt/C，Pt-Ru/C 過渡金屬與Pt復(fù)合催化劑：Pt-Co、Pt-Fe、 Pt-Cr-Cu、Pt-Co-Ga等，催化性能要高于Pt催化劑 過渡金屬氧化物與Pt復(fù)合：Pt-WO、 Pt-TiO2、Pt-Cu-MOx4.3.2 PEMFC電極4.3.2 PEMFC電極電極催化劑電極極化陽極：幾十毫伏，交換電流密度10-2A/cm2陰極：300mV以上，交換電流密度10-10-10-12A/cm2減少陰極極化：提高電極性能和改善電極結(jié)構(gòu)。采用合金型催化劑：Pt-

24、M/C（M=Cr、Co、Ni、V、Mn、Fe等）透射電子電鏡分析：觀測負(fù)載型催化劑中金屬粒子的形貌X射線衍射分析：測定金屬粒子的平均尺寸X射線光電子能譜分析：表征Pt及Pt基催化劑的表面組成與元素狀態(tài)4.3.2 PEMFC電極催化劑表征方法循環(huán)伏安法（CV）線性電勢掃描（LSV）恒電流（CC）恒電勢（CP）電化學(xué)阻抗譜（EIS）電極催化劑研究方法催化劑電化學(xué)測試手段電極催化劑制備方法4.3.2 PEMFC電極化學(xué)還原法溶膠凝膠法固相合成法沉淀法真空濺射法保護(hù)劑法(1) 化學(xué)還原法將載體（如炭）分散在一定溶劑（水、乙醇）中；加入一定量的貴金屬前軀體(H2PtCl6RuCl3) ,調(diào)到合適的PH值

25、，在一定的溫度下，加入還原劑（HCHO、HCOONa、Na2SO3或NH2NH2、NaBH4）攪拌，過濾，干燥得到Pt/C催化劑或Pt-Ru催化劑。特點：幾個納米Pt, Pt離子通過載體上的配位基團(tuán)還原影響因素：還原劑濃度、溶液PH值、載體表面酸性集團(tuán)電極催化劑制備方法4.3.2 PEMFC電極（2） 溶膠-凝膠法前驅(qū)體在有機(jī)溶劑中還原制備溶膠，吸附于活性炭上。電極催化劑制備方法4.3.2 PEMFC電極例如：Pt/C將H2PtCl6用Na2SO3制成Na6Pt（SO3)4,通過離子交換將Na置換成H，空氣中煮沸，釋放亞酸根離子，干燥得到Pt氧化物膠體，膠體分散到水或其他溶劑中得到Pt/C。P

26、t粒子1.5-2.5nm；分散均勻。過程復(fù)雜（3）固相反應(yīng)方法固相體系中粒子碰撞幾率低，所得金屬粒子平均粒徑小，例如固相條件下， H2PtCl6、聚甲醛及活性炭合成的催化劑中Pt的平均粒徑為3nm （4） 預(yù)沉淀法H2PtCl6水溶液和活性炭混合攪拌下加入銨鹽NH4PtCl6沉積到炭上加還原劑還原得Pt粒子較小的催化劑電極催化劑制備方法4.3.2 PEMFC電極4.3.2 PEMFC電極（5）真空濺射法制備催化劑電極催化劑Pt/CPt靶為陰極：濺射源炭紙擴(kuò)散層：濺射基體離子刻蝕方法：在炭紙上制一層納米碳須，有利于提高Pt的分散性Pt擔(dān)載量：0.02-0.2mg/cm2超薄催化劑層：Pt厚度小于

27、1微米4.3.2 PEMFC電極（6）保護(hù)劑法電極催化劑Pt/C采用表面活性劑或其他有機(jī)大分子為保護(hù)劑制備高度分散的納米貴金屬顆粒，負(fù)載到載體上。在較高負(fù)載量下，仍有非常高的金屬分散度。負(fù)載金屬離子粒徑分布窄適合制備多種元素復(fù)合合金催化劑條件苛刻，操作復(fù)雜，不易于放大。PEMFC電極制備4.3.2 PEMFC電極催化層制備厚憎水層催化劑 Pt/C電極，與PTFE乳液及質(zhì)子導(dǎo)體聚合物按比例分散在水和乙醇的混合溶劑中，攪拌、超聲混合均勻，然后采用絲網(wǎng)印刷、涂布和噴涂等方法在擴(kuò)散層上制備30-50m厚催化劑，負(fù)載量一般20%。陰極：Pt擔(dān)載量控制在0.3-0.5mg/cm2陽極：Pt量0.1-0.3

28、mg/cm2催化層PTFE：10-50%優(yōu)點：Pt/C電極中加入質(zhì)子導(dǎo)體聚合物，實現(xiàn)電極立體化，增加三相反應(yīng)界面提高電極反應(yīng)活性缺點：采用PTFE做疏水劑，不利于質(zhì)子、電子傳導(dǎo)，催化層至膜的Nafion變化梯度大，不利于Nafion膜與催化層粘合。電池長時間運(yùn)行，電極與膜局部剝離，增加接觸電阻。PEMFC電極制備4.3.2 PEMFC電極催化層制備薄親水層催化劑 Pt/C電極和5%Nafion膜溶液混合,加入水和乙醇超聲，采用涂布、絲網(wǎng)印刷或壓延技術(shù)制備到擴(kuò)散層或質(zhì)子膜上。催化層厚度小于5微米。Pt擔(dān)載量降低；0.1-0.05mg/cm2Pt/C:Nafion=3:1優(yōu)點：有利于電極催化層與膜

29、緊密結(jié)合; 催化層中質(zhì)子、電子傳導(dǎo)性好;催化層中只有催化劑與Nafion，催化劑分布比較均勻;催化層厚度薄，Pt擔(dān)量降低缺點：催化層內(nèi)無疏水劑，氣體傳質(zhì)能力低4.3.3PEMFC質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜要求電導(dǎo)率高（0.1S/cm,選擇性的離子導(dǎo)電）化學(xué)穩(wěn)定性好（耐酸堿和抗氧化還原能力）熱穩(wěn)定性好良好的力學(xué)性能（強(qiáng)度和柔韌性）反應(yīng)氣體的透氣率低水的電滲系數(shù)小作為反應(yīng)介質(zhì)要有利于電極反應(yīng)價格低廉傳導(dǎo)H+，隔離氧化劑和還原劑氣體極高的化學(xué)穩(wěn)定性高的質(zhì)子電導(dǎo)率作為電極反應(yīng)的介質(zhì)使鉑催化劑在膜中的催化活性高高的機(jī)械強(qiáng)度和低的氣體透氣率價格昂貴缺水時電導(dǎo)率很低CO中毒效應(yīng)4.3.3 PEMFC質(zhì)子交換膜全氟

30、型磺酸膜性質(zhì)4.3.3 PEMFC質(zhì)子交換膜全氟型磺酸膜結(jié)構(gòu)Du pont的Nafion膜Dow Chemical-Dow膜EM值1100g/molEM值低電導(dǎo)率大但強(qiáng)度降低全氟磺酰氟烯醚與四氟乙烯聚合EM值800-850g/mol比電導(dǎo)0.2-0.13S/cm乙烯醚與四氟乙烯聚合性能優(yōu)于Nafion膜，成本高Nafion膜,x=610,y=z=1DOW膜，x=310,y=1（1）質(zhì)子導(dǎo)電性好，但H+的遷移必須伴隨水的遷移，而有 水時會影響氣體擴(kuò)散和帶入雜質(zhì)離子（2）干的Nafion機(jī)械強(qiáng)度好，有水時機(jī)械強(qiáng)度降低（3）化學(xué)穩(wěn)定性好，很好的抗H2O2的能力Nafion膜的問題（1）價格高。每平方

31、米的價格在500800美元（2）膜內(nèi)水量的控制。膜內(nèi)相對濕度為30%時H+導(dǎo)電率 嚴(yán)重下降，15%時已成絕緣體（3）由于膜內(nèi)必須有水，電池處于0以下時水結(jié)冰會破 壞膜Nafion膜的性能4.3.3 PEMFC質(zhì)子交換膜PEMFC的質(zhì)子交換膜4.3.4 PEMFC膜電極制備技術(shù)革新：熱壓法CCM（catalyst coating membrane）法有序化膜電極PEMFC膜電極制備PEMFC膜電極制備4.3.4 PEMFC膜電極制備為改善電極與質(zhì)子膜之間接觸，采用熱壓法制備陽極-質(zhì)子膜-陰極“三合一”膜電極（MEA）。分配電池中的燃料和氧化劑；分離電池組中的單電池；傳導(dǎo)電流；傳輸生成水、濕氣；冷

32、卻電池組。4.3.5 PEMFC雙極板雙極板功能雙極板要求高的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱系數(shù)；耐腐蝕，包括5-85的外部大氣環(huán)境及65-85、0.2MPa的電池內(nèi)部環(huán)境下的耐腐蝕能力；低的透氣率；重量輕；生產(chǎn)成本低。雙極板材料4.3.5 PEMFC雙極板石墨板金屬板復(fù)合板石墨板：石墨粉、粉碎的焦碳與可石墨化的樹脂或瀝青混合，在石墨化爐中嚴(yán)格按照一定的升溫程序，石墨化，切割和研磨，制備厚度為25mm的石墨板，機(jī)加工共用孔道和用電腦刻繪機(jī)在其表面刻繪需要的流場。石墨雙極板的制備工藝不但復(fù)雜、耗時、費(fèi)用高，而且難以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。金屬板4.3.5 PEMFC雙極板極板材料優(yōu)點：強(qiáng)韌性好、機(jī)械加工性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性

33、、致密性均較好，可制作薄雙極板。缺點：存在腐蝕，腐蝕金屬離子對催化劑產(chǎn)生毒化作用，金屬離子還與質(zhì)子交換膜發(fā)生離子交換，金屬板表面腐蝕形成鈍化層，使電極與雙極板間的接觸電阻增大，降低電池輸出功率。結(jié)構(gòu)復(fù)合 金屬為分隔板，邊框為塑料、聚砜、碳酸酯等，流場用炭板或石墨板，結(jié)合了石墨板和金屬板的優(yōu)點。材料復(fù)合 導(dǎo)電石墨與聚合物 (熱塑性，如聚丙烯、聚偏氟乙烯或熱固性，酚醛樹脂)有機(jī)物復(fù)合。成型的同時形成流場，簡化生產(chǎn)工藝，便于大規(guī)模生產(chǎn)，減低生產(chǎn)成本。4.3.5 PEMFC雙極板極板材料復(fù)合板4.3.6 PEMFC電池組4.3.7 PEMFC性能及應(yīng)用領(lǐng)域-95，O2；-50， O2；-95 ，Air

34、； -50，Air。溫度影響-0.5MPa，O2；-0.1MPa， O2； -0.5MPa ，Air； -0.1MPa , Air。壓力影響性能影響因素4.3.7 PEMFC性能及應(yīng)用領(lǐng)域CO影響增加反應(yīng)溫度和壓力，可以減輕CO的影響性能影響因素1kW電池組：25個單電池；電極面積為130cm； Pt/C電極：20%Pt含量；Pt擔(dān)量為0.4mg/cm；Nafion112膜；純氫、純氧逆流流動5kW電池組：74個單電池。電極面積為220cm，電極Pt擔(dān)量氧電極為0.4mg/cm，氫電極為0.2mg/cm；Nafion1135膜4.3.7 PEMFC性能及應(yīng)用領(lǐng)域用作便攜電源、小型移動電源，用于

35、軍事、通訊、計算機(jī)等用作交通工具動力，如摩托車、汽車、火車、船舶等用作分散型電站，適于用作海島、山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)或新開發(fā)地區(qū)電站4.3.7 PEMFC性能及應(yīng)用領(lǐng)域PEMFC應(yīng)用領(lǐng)域燃料電池汽車的售價和維護(hù)費(fèi)用要比電動汽車貴4.3.7 PEMFC性能及應(yīng)用領(lǐng)域一輛燃料電池汽車的維護(hù)成本是普銳斯混合動力汽車的兩倍，是電動汽車的四倍。成本會隨時間推移降低，但電動汽車和混合動力汽車也一樣。豐田 Mirai 售價 5.75 萬美元，補(bǔ)貼后4.5 萬美元；美國能源部估計給一輛車加滿氣需要花約 50 美元日產(chǎn) Leaf 的售價3 萬美元，補(bǔ)貼后的價格約為 2 萬美元4.3.7 PEMFC性能及應(yīng)用領(lǐng)域燃料電

36、池商業(yè)化時代4 燃料電池4.1 燃料電池概述4.2 其他類型FC4.3 質(zhì)子交換膜燃料電池4.4 固體氧化物燃料電池4.4.1 SOFC概述4.4.2 SOFC電解質(zhì)4.4.3 SOFC陽極4.4.4 SOFC陰極4.4.5 SOFC密封材料及連接體4.4.6 SOFC電池制備4.4.7 SOFC應(yīng)用前景4.4 SOFC（Solid Oxide Fuel Cell)4.4.1 SOFC概述SOFC原理SOFC特點全固態(tài)結(jié)構(gòu)：無腐蝕和漏液問題工作溫度： 6501000，具有高的余熱利用價值，效率高燃料廣：氫氣、碳?xì)淙剂稀⑺簹獾葻o需貴金屬催化劑：Ni陽極、鈣鈦礦陰極材料 大規(guī)模生產(chǎn)有可能降低成本

37、4.4.1 SOFC概述管式SOFCSOFC結(jié)構(gòu)4.4.1 SOFC概述SOFC結(jié)構(gòu)扁管式4.4.1 SOFC概述SOFC類型支撐形式電解質(zhì)支撐陰極支撐陽極支撐Ni-YSZ陽極YSZ電解質(zhì)LSM陰極4.4.1 SOFC概述低溫SOFC：550-750 中溫SOFC：750850高溫SOFC：8501000SOFC類型工作溫度分類4.4.1 SOFC概述1899年，Nernst發(fā)現(xiàn)ZrO2在600-1000傳導(dǎo)離子1930年，baur和Preis進(jìn)行了小型氧化鋯燃料電池，F(xiàn)e或C陽極，F(xiàn)e3O4陰極（易被氧化）。電解質(zhì)工藝粗糙，電阻很大。1950年以后，壓制或流延制備薄膜電解質(zhì) 1957年，Ki

38、ukkola和Wagner第一次研究了CaO穩(wěn)定的ZrO2電解質(zhì)的熱力學(xué)。世界范圍內(nèi)引發(fā)了固體電電化學(xué)的研究熱潮。1964年，Rohr找到最合適的陰極材料La0.84Sr0.16MnO3.SOFC初發(fā)展4.4.1 SOFC概述1970年，電化學(xué)氣相沉積技術(shù)開發(fā)，推動了SOFC的發(fā)展。1981年，H.lwahara首次報導(dǎo)了質(zhì)子型導(dǎo)體材料鈣鈦礦慘雜SrCeO3.1983年，Argonne國家重點實驗室研究并制定了共燒結(jié)的平板式電池堆。1986年，西屋公司首次制造了324根單電池組成的5kW的SOFC發(fā)電機(jī)1995年起，西屋電氣公司采用空氣電極作支撐管，取代了原先CaO穩(wěn)定的ZrO2支撐管，簡化了

39、SOFC的結(jié)構(gòu) , 電池功率密度提高了近3倍 SOFC發(fā)展1998年，在荷蘭Westervoort附近開始運(yùn)行了一臺1152個單體電池組成100kW的SOFC發(fā)電系統(tǒng)。2000年，澳大利亞Ceramic fuel cells 公司制備了一個以天然氣為燃料25kW的平板式電池系統(tǒng)，由3640塊電解質(zhì)制成的單電池（11cm*9cm）.管式:110kW電力64kW熱發(fā)電效率46%運(yùn)行14000h4.4.1 SOFC概述SOFC發(fā)展4.4.2 SOFC電解質(zhì)電解質(zhì)(SOFC最核心部件）條件：SOFC組成：電解質(zhì)、陽極、陰極、連接體、密封材料高的離子電導(dǎo)率和可以忽略的電子電導(dǎo)率；在氧化和還原氣氛中具有良

40、好的穩(wěn)定性；能夠形成致密的薄膜；足夠的機(jī)械強(qiáng)度和較低的價格等。氧化釔穩(wěn)定立方氧化鋯（YSZ）氧化鈧穩(wěn)定立方氧化鋯（SSZ）鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鎵酸鑭基氧化物摻雜立方氧化鈰（DCO）高溫SOFC（8001000）中溫SOFC（650800）低溫SOFCE（650以下）4.4.2 SOFC電解質(zhì)SOFC電解質(zhì)材料 ZrO2有三種變體：單斜相（M），穩(wěn)定溫度為1100；四方相（T），穩(wěn)定溫度為11002300；立方相（C），高溫穩(wěn)定相，熔點是2715。單斜結(jié)構(gòu)四方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu) 117023704.4.2 SOFC電解質(zhì)ZrO2電解質(zhì)氧離子電導(dǎo)率為：=nqn：可移動氧空位濃度；：氧空位遷移率；q：氧空位帶

41、電量。VO：可移動氧空位分?jǐn)?shù)。E：導(dǎo)電活化能A：指前因子純ZrO2為絕緣體，加Y2O3YSZ（1）將立方氧化鋯穩(wěn)定到室溫；（2）產(chǎn)生O2-空位，（3）氧空位濃度由摻雜量確定。4.4.2 SOFC電解質(zhì)ZrO2基電解質(zhì)YSZYSZ的電導(dǎo)率與Y2O3的濃度有關(guān)；與摻雜劑陽離子大小有關(guān)，電導(dǎo)率取極值時，摻雜量隨離子尺寸增大而減小。4.4.2 SOFC電解質(zhì)ZrO2基電解質(zhì)電導(dǎo)率摻雜離子與晶格離子尺寸相差越大，空位移動所要克服的應(yīng)變能越大，移動速度越小；電導(dǎo)率：純ZrO2不導(dǎo)電；8%9%（摩爾分?jǐn)?shù)）Y2O3全穩(wěn)定YSZ表現(xiàn)出最大電導(dǎo)率；其他濃度時，每一個氧空位均被束縛在缺陷復(fù)合體中，遷移比較困難2%3

42、%Y2O3含量，600以下時，電導(dǎo)率比YSZ高；其他性質(zhì)YSZ表現(xiàn)出高穩(wěn)定性和與其他組元間良好相容性；2%3%Y2O3:四方相穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（Y-TZP），室溫和高溫下好的力學(xué)性能；YSZ彎曲性能和韌性一般，且隨溫度升高而明顯衰減；加入Al2O3可提高YSZ基體力學(xué)性能，且電導(dǎo)率得以提高或至少不降低。YSZ性質(zhì)4.4.2 SOFC電解質(zhì)純CeO2 ，N型半導(dǎo)體；電導(dǎo)率非常低，600時的O2-電導(dǎo)率約為110-5S/cm；異價離子如二價堿土或三價稀土金屬離子部分取代Ce4+，晶格內(nèi)產(chǎn)生一定的氧空位，以保持電荷平衡，氧離子電導(dǎo)率得到提高。4.4.2 SOFC電解質(zhì)CeO2基電解質(zhì)CeO2：立方螢石結(jié)構(gòu)摻

43、雜CeO2電解質(zhì)的性質(zhì) 純CeO2:高氧分壓是純氧離子導(dǎo)體;低氧分壓產(chǎn)生Ce4+向Ce3+的轉(zhuǎn)變，有明顯的電子電導(dǎo)；抑制電子電導(dǎo)：在CeO2固溶體外包裹一層穩(wěn)定的離子導(dǎo)電薄膜如YSZ可限制其還原；摻雜其他元素可以限制CeO2在還原氣氛中還原；CeO2的電導(dǎo)率隨著摻雜元素的離子大小、價態(tài)和摻雜量的變化而變化。4.4.2 SOFC電解質(zhì)CeO2基電解質(zhì)Sm3+半徑0.096nm； Gd3+半徑0.094nm； Ce4+的半徑0.094nmGd3+、Sm3+、Y3+摻雜的氧化鈰有較高的電導(dǎo)率。最大電導(dǎo)率組成為Ce0.8Sm0.2O1.9。4.4.2 SOFC電解質(zhì)CeO2基電解質(zhì)自由氧空位最多的點隨

44、著溫度的降低，電子電導(dǎo)率逐漸減弱?；贒CO的SOFC應(yīng)當(dāng)在低于600溫度下使用。4.4.2 SOFC電解質(zhì)CeO2基電解質(zhì)4.4.2 SOFC電解質(zhì)LaGaO3電解質(zhì)A位摻入堿土金屬提高電導(dǎo)率，摻雜Sr的電導(dǎo)率最高B位摻雜Mg提高電導(dǎo)率，摻雜量可達(dá)到20%電導(dǎo)率最高的組分為La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3 (LSGM)4.4.2 SOFC電解質(zhì)LSGM的缺點不容易得到純相，會降低電解質(zhì)的電導(dǎo)率；在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性不好。與Ni電極之間能夠發(fā)生反應(yīng)；在1000的還原性氣氛下，Ga的揮發(fā)導(dǎo)致電解質(zhì)分解機(jī)械強(qiáng)度低，Ga價格高。LSGM電解質(zhì)只適用于在800以下工作。LaGaO3電解質(zhì)電

45、解質(zhì)優(yōu)點不足之處YSZ在氧化和還原氣氛下穩(wěn)定性良好；機(jī)械性能良好；壽命可達(dá)4萬小時以上；穩(wěn)定可靠的原材料供給氧離子電導(dǎo)率低；與部分陰極材料不相容摻雜氧化鈰與陰極材料相容；在低氧分壓下為混合電子、氧離子導(dǎo)體，適合做陽極材料低氧分壓下具有電子導(dǎo)電性，開路電壓低；機(jī)械性能比YSZ低LSGM與陰極相容低氧分壓下Ga揮發(fā)；與NiO不相容；機(jī)械性能與DOC相當(dāng)SSZ在氧化和還原氣氛下穩(wěn)定性良好Sc昂貴，來源受限制SOFC主要電解質(zhì)的比較4.4.2 SOFC電解質(zhì)SOFC電解質(zhì)材料4.4.3 SOFC陽極 穩(wěn)定性 在燃料氣氛中，陽極必須在化學(xué)、形貌和尺度上保持穩(wěn)定。 電導(dǎo)率 陽極材料在還原氣氛中要具有足夠高

46、的電子導(dǎo)電率，以降低陽極的歐姆極化，同時還具備高的氧離子導(dǎo)電率，以實現(xiàn)電極立體化相容性 陽極材料與相接觸的其它電池材料必須在室溫至制備溫度范圍內(nèi)化學(xué)上相容。 SOFC陽極的要求陽極：燃料的電化學(xué)氧化反應(yīng)的場所，燃料輸入和產(chǎn)出排出通道4.4.3 SOFC陽極SOFC陽極的要求熱膨脹系數(shù) 陽極材料必須與其他電池材料熱膨脹系數(shù)相匹配。孔隙率 陽極必須具有足夠高的孔隙率，以確保燃料的供應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物的排出。催化活性 陽極材料必須對燃料的電化學(xué)氧化反應(yīng)具有足夠高的催化活性。其他要求：具有強(qiáng)度高、韌性好、加工容易、成本低的特點。立體化電極：Ni+YSZ電化學(xué)三相反應(yīng)界向空間擴(kuò)展化學(xué)穩(wěn)定性: 還原氣氛中穩(wěn)定，

47、在室溫至操作溫度內(nèi)無相變。 1000以下，不與YSZ及連接材料LaCrO3發(fā)生反應(yīng)。Ni-YSZ電導(dǎo)率：與Ni含量相關(guān)，低于30wt%Ni，YSZ離子導(dǎo)電占主導(dǎo)；Ni高于30wt%時，Ni形成電子通道，電導(dǎo)率增大3個數(shù)量級以上，即Ni電子電導(dǎo)占主導(dǎo)地位。熱膨脹系數(shù)：Ni-YSZ的熱膨脹系數(shù)隨著Ni含量增加而增大4.4.3 SOFC陽極Ni-YSZ金屬陶瓷陽極性質(zhì)4.4.3 SOFC陽極其他陽極材料Ni-SDC陽極：SDC具有較高的離子電導(dǎo)率，且在還原氣氛中會產(chǎn)生一定的電子電導(dǎo)，摻入到陽極催化劑中，擴(kuò)展電化學(xué)反應(yīng)的三相界，提高電極的反應(yīng)活性。LaSrTiO3陽極：具有良好的電子導(dǎo)電性，抗陽極積炭

48、能力，用于CH4等碳?xì)浠衔餅槿剂系腟OFCLaCrO3基：良好的催化活性及穩(wěn)定性；電解質(zhì)支撐的SOFC；工作溫度較高，作為支持層成型困難穩(wěn)定性在氧化氣氛中具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，形貌、 微觀結(jié)構(gòu)、尺寸等在電池長期運(yùn)行過程中不能發(fā)生明顯變化。電導(dǎo)率足夠高的電子電導(dǎo)率，以降低陰極的歐姆極；具有一定的離子導(dǎo)電能力，以利于氧化還原產(chǎn)物向電解質(zhì)的傳遞。4.4.4 SOFC陰極陰極：氧化劑還原的場所，同時為氧化劑輸入及輸出提供氣體通道。SOFC對陰極的要求催化活性工作溫度下，對氧化還原反應(yīng)具有足夠高的催化活性，以降低陰極電化學(xué)極化的過電位，提高電池的輸出性能。相容性在SOFC制備和操作溫度下與電解質(zhì)材料、

49、連接材料或雙極板材料與密封材料化學(xué)上相容熱膨脹系數(shù)室溫至SOFC操作溫度或更高的制備溫度范圍內(nèi)與其他電池材料熱膨脹系數(shù)相匹配多孔性SOFC的陰極必須具有足夠的孔隙率，以確保活性位上氧氣的供應(yīng)。SOFC對陰極的要求4.4.4 SOFC陰極中溫電池（600C-800C）主要的陰極材料La1-x Srx MnO3- (LSM)La1-x Srx CoO3- (LSC)La1-x Srx FeO3 - (LSF)La1-x Srx Co1-y Fey O3 - (LSCF)Ba1-x Srx Co1-y Fey O3 - (BSCF)ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)4.4.4 SOFC陰極SOFC陰極材料類型4.4

50、.4 SOFC陰極Sr摻雜的LaMnO3(LSM)LSM在O2中具有良好的電子電導(dǎo)率和與YSZ的良好化學(xué)相容性;通過修飾可以調(diào)整其熱膨脹系數(shù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu) Mn和O離子構(gòu)成MnO6八面體結(jié)構(gòu)八個MnO6共用離子分布于立方體的八個頂點上。離子位于立方體的中心。導(dǎo)電性能：LaMnO3為本征半導(dǎo)體，電導(dǎo)率很低。 室溫：電導(dǎo)率10-4-1cm-1， 700：0.1-1cm-1，摻雜SrO代替了部分La2O3，Mn4+含量增加，材料電子導(dǎo)電率。化學(xué)相容性：摻雜Sr可以增加LaMnO3的熱膨脹系數(shù)，且隨著摻雜量的增加LSM熱膨脹系數(shù)增大。LSM與其他電池材料的熱匹配性可調(diào)。SOFC陰極材料類型4.4.4 SO

51、FC陰極LSM性質(zhì)Science and Technology of Ceramic Fuel cells. California, USA,1995 and Solid State Ionics 93 (1997) 207-217 and and Journal of power sources,124 (2003)390-402LSM與YSZ的反應(yīng)性Sr0.35，生成SrZrO3結(jié)合電導(dǎo)率：Sr為0.2-0.5, 燒結(jié)溫度1250以下加入YSZ可增加陰極的離子電導(dǎo)，擴(kuò)大三相界面，顯著改善電池性能 電極立體化SOFC陰極材料類型4.4.4 SOFC陰極LSM性質(zhì)LaSmCo：高的離子導(dǎo)電性和

52、電子導(dǎo)電性；高溫下會與YSZ發(fā)生反；以SDC電解質(zhì)匹配活性高。LSCF：電導(dǎo)率隨Fe摻雜量而，電導(dǎo)率峰值溫度從200升高到920。Sr為0.4和0.2時，LSCF峰值電導(dǎo)率350S/cm和160S/cmBaSrFeAlBaSrCoFeSrFeMoSOFC陰極材料類型4.4.4 SOFC陰極其他陰極材料Journal of power sources,156 (2006)20-225000小時內(nèi)，電池性能損失接近1%/1000hLSCF陰極I-V curves at 800 and 700 C of single cells with LSCF cathodes with different A-site compositions in comparison to the LSM/YSZ.1.A位缺失大大提高電池性能。2.La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-是LSCF系列陰極中輸出性能最高的陰極材料。其最大功率是LSM/YSZ標(biāo)準(zhǔn)陰極的兩倍。SOFC陰極材料類型4.4.4 SOFC陰極其他陰極材料幾種陰極材料在800 的電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)及高溫下與電解質(zhì)的相容性LaSrGaMg陰極材料化學(xué)相容性電子導(dǎo)電率 (S/cm)離子導(dǎo)電率 (S/c