固體氧化物燃料電池

固體氧化物染料電池內(nèi)容簡(jiǎn)介發(fā)展歷史固體氧化物燃料電池簡(jiǎn)介電池工作原理電池組成應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)固體氧化物燃料電池的發(fā)展二十世紀(jì)80年代以后，美國(guó)西屋用擠出成型的方法制備多孔氧化鋁或復(fù)合氧化鋯支撐管，然后采用電化學(xué)氣象沉積方法制備厚度在幾十到100μm的電解質(zhì)和電極薄膜。1987年，該公司在日本安裝的25kw級(jí)發(fā)電和余熱供暖SOFC系統(tǒng)，到1997年3月成功運(yùn)行了1.3萬(wàn)小時(shí)。1997年12月，西門(mén)西屋公司在荷蘭安裝了第一組100kw管狀SOFC系統(tǒng)，截止到2000年底關(guān)閉，累計(jì)工作了16612小時(shí)，能量效率為46%，2002年5月，西門(mén)西屋又與加州大學(xué)合作，在加州安裝了一套220kwSOFC與氣體渦輪機(jī)聯(lián)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，目前獲得的能量轉(zhuǎn)化效率為58%，預(yù)測(cè)有望達(dá)到70%。加拿大的環(huán)球熱電公司，美國(guó)GE等公司在開(kāi)發(fā)平板型SOFC上取得進(jìn)展，目前正在對(duì)千瓦級(jí)模塊進(jìn)行試運(yùn)行。環(huán)球熱電公司獲得的功率密度，在700℃運(yùn)行時(shí)，達(dá)到0.723W/cm2。2000年6月，完成了1135kw電池系統(tǒng)運(yùn)行1100小時(shí)試驗(yàn)日本工業(yè)技術(shù)院電子技術(shù)綜合研究所在1984年進(jìn)行了500w發(fā)電試驗(yàn)，輸出最大功率為1.2kw，1992年開(kāi)始，富士電機(jī)綜合研究所和三洋電機(jī)共同研究，并在2000年9月11日實(shí)現(xiàn)了功率輸出為15kw的平板式SOFC連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)無(wú)衰減。在汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域，SOFC發(fā)展也很活躍，奔馳汽車(chē)制造公司1996年對(duì)2.2kw級(jí)模塊試運(yùn)行達(dá)6000小時(shí)。2001年2月16日，由BMW與DelphiAutomotiveSystemsCorporation合作近兩年研制的第一輛由SOFC作為輔助電源系統(tǒng)的汽車(chē)在慕尼黑問(wèn)世，作為第一代SOFC/APU系統(tǒng)，其功率為3KW，電壓輸出為21KV，其燃料消耗比傳統(tǒng)汽車(chē)降低46%固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell，簡(jiǎn)稱SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認(rèn)為是在未來(lái)會(huì)與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。氧離子電導(dǎo)燃料電池化學(xué)反應(yīng)示意圖和一般染料電池一樣，SOFC也是把反應(yīng)物的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，只不過(guò)工作溫度較高，一般在800—1000℃，由陽(yáng)極、陰極及兩級(jí)間的電解質(zhì)組成。在陽(yáng)極一側(cè)持續(xù)通入燃料氣，如

H2，CH4、，煤氣等，具有催化作用的陽(yáng)極表面吸附氣體例如氫，并通過(guò)陽(yáng)極的多空結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到陽(yáng)極與電解質(zhì)的界面，在陰極一側(cè)持續(xù)通入氧氣或空氣，具有多孔結(jié)構(gòu)的陰極表面吸附氧，由于陰極本身的催化作用，使得O2得到電子變?yōu)镺2-進(jìn)入起電解質(zhì)作用的固體離子導(dǎo)體，由于濃度梯度引起擴(kuò)散，最終到達(dá)固體電解質(zhì)與陽(yáng)極的界面，與燃料氣體發(fā)生反應(yīng)，失去的電子通過(guò)外電路回到陰極。SOFC工作原理SOFC結(jié)構(gòu)陰極材料固體氧化物電解質(zhì)固體氧化物燃料電池組單體燃料電池只能產(chǎn)生1V左右的電壓，期功率是有限的，為了獲取大功率SOFC，必須將若干個(gè)單電池以各種方式（串聯(lián)，并聯(lián)，混聯(lián)）組裝恒電池組，目前主要發(fā)展了管式結(jié)構(gòu)和平板式結(jié)構(gòu)兩種形式。另外還有整體式和分段式。管狀結(jié)構(gòu)SOFC管狀結(jié)構(gòu)SOFC是最早發(fā)展的一種形式，單電池由一端封閉、一端開(kāi)口的管子構(gòu)成，最內(nèi)層但是多孔支撐管，由里向外依次是陰極、電解質(zhì)和陽(yáng)極薄膜。氧氣從管芯輸入，燃料電池通過(guò)管子外壁供給。目前管狀結(jié)構(gòu)單電池已經(jīng)運(yùn)行了數(shù)萬(wàn)小時(shí)。單電池通過(guò)陰、陽(yáng)極間連接成電池堆，陽(yáng)極與連接體相連接形成串聯(lián)，陽(yáng)極與陽(yáng)極相連接形成并聯(lián)。管狀結(jié)構(gòu)式目前較為成熟的一種形式。平板式結(jié)構(gòu)SOFC電池堆平板式結(jié)構(gòu)SOFC近幾年才引起了人們的關(guān)注，這種集合形狀簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)使其制作工藝大為簡(jiǎn)化。平板式SOFC由陽(yáng)極、電解質(zhì)、陰極薄膜組成單體電池，兩邊帶槽的來(lái)接替連接相鄰陰極和陽(yáng)極，并在兩側(cè)提供氣體通道，同時(shí)隔開(kāi)兩種氣體。目前平板式SOFC也在進(jìn)行千瓦量集電池度的試驗(yàn)。平板式結(jié)構(gòu)電池堆中，電池串聯(lián)連接，電流依次通過(guò)各薄層，路徑短，內(nèi)阻歐姆損失小，能量密度高，結(jié)構(gòu)靈活，氣體流通方式多，組元分開(kāi)設(shè)備，工業(yè)簡(jiǎn)便，組元分別組裝，電池質(zhì)量易于控制，電解質(zhì)薄膜話，可以降低工作溫度（700-800℃），從而可以采用金屬連接體。目前的難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)氣體密封，采用陶瓷-玻璃壓縮封閉，一造成層間裂紋，連接處電阻高，損失大。陶