固体氧化物燃料电池(SOFC)属于第三代燃料电池,是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置,被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。 1.固体氧化物燃料电池的结构固体氧化物燃料电池单体主要由电解质、阳极或燃料极、阴极或空气极和连接体或双极板组成,如图17-12所示。
固体电解质是固体氧化物燃料电池最核心的部件,它的主要功能在于传导氧离子。它的性能(包括电导率、稳定性、热胀系数、致密化温度等)不但直接影响电池的工作温度及转换效率,还决定了与其相匹配的电极材料及其制备技术的选择。目前常用的电解质材料是N粉弥散在YSZ的金属陶瓷,其离子电导率在氧分压变化十几个数量级时,都不发生明显变化。
电极材料本身首先是一种催化剂。阴极需要长期在高温和氧化环境中工作,起传递电子和扩散氧作用,应是多孔洞的电子导电性薄膜。固体氧化物燃料电池
的工作温度高,只有贵金属或电子导电的氧化物适用于阴极材料,由于铂、钯等贵金属价格昂贵般只在实验范围内使用。实际常应用掺锶的锰酸镧作为固体氧化物燃料电池的阴极材料。目前,Ni/YSZ陶瓷合金造价最低,是实际应用中的首选的阳极材料。
连接材料在单电池间起连接作用,并将阳极侧的燃料气体与阴极侧的氧化气体(氧气或空气)隔离开来。钙钛矿结构的铬酸镧常用作固体氧化物燃料电池连接体材料。
2.固体氧化物燃料电池的工作原理固体氧化物燃料电池工作时,电子由阳极经外电路流向阴极,氧离子经电解质由阴极流向阳极。如图17-13所示为固体氧化物燃料电池的工作原理。
