新能源材料第7講課件

7.1固體氧化物燃料電池簡介7.2固體氧化物燃料電池材料7.3電池結構與性能7固體氧化物燃料電池材料7.1固體氧化物燃料電池簡介7固體氧化物燃料電池材料17.1固體氧化物燃料電池簡介固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì)。發(fā)生的反應如下：還原反應氧化反應電池總反應7.1固體氧化物燃料電池簡介2從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池類型之一。它的優(yōu)點：高效與環(huán)境友好；全固體結構，避免了使用液態(tài)電解質(zhì)帶來的腐蝕和流失；高溫下電極反應迅速無需貴金屬，成本低；釋放的熱量可以充分利用，提高利用效率；燃料適用范圍廣泛。不足：電池組裝困難，過高工作溫度和陶瓷材料的脆性而引起的技術難題較多。從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池類37.2固體氧化物燃料電池材料7.2.1固體氧化物電解質(zhì)與氧化物電解質(zhì)膜氧化物固體電解質(zhì)通常為螢石結構的氧化物，目前應用最廣的是6％～10％（mol）Y2O3摻雜的ZrO2。其他螢石及相關結構的氧化物電解質(zhì)雖然電導率高，但缺點是在低氧分壓下產(chǎn)生電子電導或被還原，降低電池的性能。

降低工作溫度的途徑：尋找高電導率的氧化物固體電解質(zhì)。減薄YSZ厚度，制備負載YSZ薄膜。7.2固體氧化物燃料電池材料47.2.2電極材料與其他電池材料7.2.2.1陰極材料在高溫SOFC中，要求電極必須具備特點：多孔性；高的電子導電性；化學和熱相容性及相近的膨脹系數(shù)。

7.2.2電極材料與其他電池材料57.2.2.2陽極材料a)Ni－YSZ金屬陶瓷電極陽極材料研究范圍較窄，主要集中在Ni、Co、Ru、Pt等適合作陽極的金屬以及具有混合物電導性能的氧化物上。b)其他陽極材料陽極材料還可采用混合導電氧化物，這類氧化物的優(yōu)點是具有電子導電性，整個電極表面可成為電化學活性區(qū)域；其次對H2、碳氫化合物均有催化活性。缺點不穩(wěn)定、易被還原。7.2.2.2陽極材料67.2.2.3雙極連接材料雙擊連接板在SOFC中起連接陰、陽電極的作用，特別是在平板式SOFC中同時起分隔燃料與氧化劑合構成流場與導電作用。目前有兩類材料滿足要求：LCC材料Cr－Ni合金材料7.2.2.3雙極連接材料77.2.2.4高溫無機密封材料高溫無機密封材料是平板式SOFC的關鍵材料之一，組裝電池時用于電極/電解質(zhì)三合一平板結構合雙極連接板之間的密封。高溫無機密封材料必須具備高溫下密封性好、穩(wěn)定性高以及與固體電解質(zhì)和連接板材料熱膨脹兼容性好等特點。7.2.2.4高溫無機密封材料87.3電池結構與性能7.3.1管式SOFC

7.3電池結構與性能7.3.1管式SOFC9CSZ多孔管起支撐作用并允許空氣自由通過，到達空氣電極。LSM空氣電極支撐管、YSZ電解質(zhì)膜和Ni－YSZ陶瓷陽極通常采用擠壓成型、電化學沉淀（EVD）、噴涂等方法制備，經(jīng)高溫燒結而成。CSZ多孔管起支撐作用并允許空氣自由通過，到達空氣電極。10性能：雖然管式電池功率密度為0.15W/cm2，比平板電池低，但是壽命長。缺點：造價高。7.3.2平板式SOFC平板式SOFC的空氣電極/YSZ固體電解質(zhì)/燃料電極燒結成一體，形成三合一結構（PEN平板），其結構如下圖：性能：雖然管式電池功率密度為0.15W/cm2，比平板電池低11新能源材料第7講ppt課件12平板式SOFC結構的優(yōu)點：電池結構簡單，制備工藝簡單，成本低；電流流程短，采集均勻，電池功率密度也較管式高。平板式SOFC結構的缺點：需解決高溫無機密封的技術難題；對雙極連接材料要求高。平板式SOFC結構的優(yōu)點：13平板式SOFC結構的性能：由于平板式SOFC制備工藝簡單和電池功率密度較高，近幾年來成為國際研究的主流，針對高溫平板式電池對結構材料的苛刻要求以及性能衰減較快的問題，平板式電極發(fā)展趨勢式簡單電池的工作溫度。平板式SOFC結構的性能：147.3.3瓦楞式SOFC瓦楞式SOFC的基本結構和平板式SOFC相同，兩者區(qū)別在于PEN的形狀不同。瓦楞形的PEN本身形成氣體通道，因而雙極連接板不需要導氣槽。7.3.3瓦楞式SOFC157.3.4其他SOFC結構熱交換一體化的SOFC模塊(HE