低溫固體氧化物燃料電池簡介

低溫固體氧化物燃料電池簡介報告人：侯杰組員：紀磊宮正章珺瑜目錄1234SOFC原理低溫化低溫SOFC關(guān)鍵材料研究背景5應(yīng)用前景研究背景不可再生污染大清潔環(huán)保高效率研究背景SOFC優(yōu)點：環(huán)境友好，發(fā)電效率高；余熱利用價值高；全固態(tài)結(jié)構(gòu)；燃料適應(yīng)性強SOFC原理AnodeCathodeH2electrolyteO2-H2O(gas)airSolidoxidefuelcelle-air低溫化高溫SOFC（800~1000oC）啟動時間長，啟動耗能大材料擴散、老化問題密封等技術(shù)難題電極燒結(jié)，粒子長大高溫導(dǎo)致不同層之間熱

失配低溫SOFC（600oC以下）可以使用廉價的不銹鋼等作為連接材料節(jié)約成本降低能耗縮短啟動時間高溫SOFC（800~1000oC）低溫SOFC（600oC以下）電解質(zhì)電極提高電解質(zhì)電導(dǎo)率電解質(zhì)薄膜化開發(fā)新電極材料電極微結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低操作溫度降低電解質(zhì)電阻降低電極電阻低溫化低溫化降低陰極電阻提高電池開路電壓降低陽極電阻降低電解質(zhì)電阻高性能低溫SOFC離子浸漬陰極雙層電解質(zhì)增加陽極孔隙率降低電解質(zhì)厚度開發(fā)新型陰極材料低溫SOFC關(guān)鍵材料低溫SOFC電解質(zhì)材料電解質(zhì)是SOFC最核心的部件。電解質(zhì)必須具備以下條件：高的離子電導(dǎo)率和可以忽略的電子電導(dǎo)率較好的燒結(jié)活性方便形成致密的薄膜在氧化和還原氣氛中具有良好的穩(wěn)定性與陽極和陰極的材料化學(xué)相容而不發(fā)生反應(yīng)足夠的機械強度和較低的價格低溫SOFC關(guān)鍵材料雙層電解質(zhì)SOFC常用電解質(zhì)材料Ce4+Ce3+開路電壓下降電池性能衰減DCOO2-e-低溫SOFC關(guān)鍵材料DCOZrO2-,Bi2O3-SDCYSZanodeESBGDCanodecathodecathodeO2-e-雙層電解質(zhì)構(gòu)型低溫SOFC關(guān)鍵材料YSZ/SDC雙層電解質(zhì)NiO-YSZ/AFL/YSZ(2μm)/SDC(6μm)/Sm0.5Sr0.5Co3-δ-SDCJingQianetal,ElectrochimicaActa,92(2013)243-247低溫SOFC關(guān)鍵材料SDC/YSZ雙層電解質(zhì)NiO-SDC/SDC(22μm)/YSZ(2μm)/La0.8Sr0.2MnO3-δ-YSZJingQianetal,Internationaljournalofhydrogenenergy,38(2013)2407-2412

GDC/ESB雙層電解質(zhì)NiO-GDC/AFL/GDC(10μm)/ESB(4μm)/Bi2Ru2O7-ESB低溫SOFC關(guān)鍵材料tape-castspraycoatedPLDJinSooAhnetal,ElectrochemistryCommunications11(2009)1504–1507低溫SOFC關(guān)鍵材料低溫SOFC的陰極材料穩(wěn)定性

氧化氣氛中，必須具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，且其形貌、微觀結(jié)構(gòu)、尺寸等在電池運行過程中不能發(fā)生明顯變化電導(dǎo)率必須有足夠高的電子電導(dǎo)，以降低SOFC操作過程中陰極的歐姆極化；還必須具有一定的離子導(dǎo)電能力，以利于氧化還原產(chǎn)物向電解質(zhì)的傳遞催化活性在SOFC操作溫度下，對氧化還原反應(yīng)具有足夠高的催化活性，以降低陰極上電化學(xué)活化極化過電位，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、連接材料或雙極板材料與密封材料化學(xué)相容熱膨脹系數(shù)在室溫至SOFC操作溫度，乃至更高的制備溫度范圍內(nèi)與其他電池材料熱膨脹系數(shù)相匹配多孔性足夠的孔隙率，以確保活性位上氧氣的供應(yīng)低溫SOFC關(guān)鍵材料低溫SOFC關(guān)鍵材料開發(fā)新型陰極材料目前開發(fā)基于雙層電解質(zhì)的陰極材料electrolytecathodeYSZ/SDCBi0.5Sr0.5FeO3-δYSZ/SDCBa0.9Bi0.1FeO3-δYSZ/SDCSm0.5Sr0.5CoO3-δ-SDCSDC/YSZLa0.8Sr0.2MnO3-δ-YSZSDC/YSBAg-YSBSDC/YSBLa0.8Sr0.2MnO3-δ-YSBGDC/ESBBi2Ru2O7-ESBGDC/ESBLa0.8Sr0.2MnO3-δ-ESBScSZ/SDCLa0.74Bi0.1Sr0.16MnO3-δ-ESB低溫SOFC關(guān)鍵材料離子浸漬陰極機械混合陰極離子浸漬陰極增加陰極的三相界面提高陰極的表面交換系數(shù)低溫SOFC關(guān)鍵材料oneinfiltrationtreatmentstepLSMinfiltratedYSBcathode0.23(600),0.45(650),0.78(700),1.13(750)W/cm2ZhiyiJiangetal,Internationaljournalofhydrogenenergy,35(2010)8322-8330

低溫SOFC關(guān)鍵材料低溫SOFC的陽極材料穩(wěn)定性在燃料氣氛中，須在化學(xué)性質(zhì)、形貌和尺度上保持穩(wěn)定電導(dǎo)率在還原氣氛中要具有足夠高的電子導(dǎo)電率，以降低陽極的歐姆極化，同時還具備高的離子導(dǎo)電率，以實現(xiàn)電極立體化相容性與相接觸的其它電池材料須在室溫至制備溫度范圍內(nèi)化學(xué)上相容熱膨脹系數(shù)與其他電池材料熱膨脹系數(shù)相匹配孔隙率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)物的排出催化活性對燃料的電化學(xué)氧化反應(yīng)具有足夠高的催化活性陽極還必須具有強度高、韌性好、加工容易、成本低的特點低溫SOFC關(guān)鍵材料增加陽極孔隙率K.T.Leeetal,Journal