应用于ITSOFCs的浸渍电极制备与性能研究(2)
由于能源的危机，世界各国都在积极进行固体氧化物燃料电池的研究。其中美国的西屋公司处于世界领先地位。其后，日本、荷兰、英国都先后启动了相关计划。德国和瑞士也积极投入到固体氧化物燃料电池（SOFC）的研究开发的队伍中，也取得了很好成果。中国在固体氧化物燃料电池（SOFC）方面，相比于其他国家起步较晚，但是近年来，固体氧化物燃料电池（SOFC）越来越受到重视。国内相关领域的专利申请量的增长速度已经高于世界水平[2]。
1.2 固体氧化物燃料电池及其工作原理
SOFC是继AFC、PAFC、MCFC之后的全固体结构的第四代燃料电池。它继承了前代适用范围广、效率高的特点，同时克服了电解质具有腐蚀性、阴极反应气需要CO2的不足，是相对较为先进的燃料电池。SOFC的特征是可以实现大功率和高效能发电，具有工作温度高、不需要贵金属催化剂、能够可以有效利用高温余热、用一氧化碳，天然气等作燃料、可以与煤气化发电设备相组合的特点。SOFC可以广泛应用于大小型电站、汽车辅助电源、移动电源等，被成为21世纪的绿色能源[3]
固体氧化物燃料电池（SOFC）是已发明的由化学燃料直接转化为电能的最有效的装置[4]。它是高效、环境友好型的全固态化学发电装置。图1-1固体氧化物燃料电池的工作原理图。它是由诸多氧化物陶瓷制成的固体氧化物电解质组成，这类陶瓷材料可以使氧原子在其多孔阴极表面还原为氧离子，而氧离子则通过电介质传导到燃料气充足的多孔阳极一侧，与氢气发生反应，同时向外电路释放电子[4]。
在阳极，H2失去电子被氧化成氢离子（H+），与从阴极经电解质传导过来的氧离子（O2-）结合生成水（H2O）,同时，电子通过外电路向阴极转移。在阴极侧，O2分子在阴极表面分解成氧原子，然后氧原子扩散到电极-电解质-气体的三相界面，与从阳极传递过来的电子生成氧离子（O2-）,在电解质两侧的氧浓度差与电位差的共同作用下，氧离子逐渐由阴极向阳极扩散并与氢离子（H+）在阳极发生反应，生成水（H2O），并放出电子，电子再经外电路流入阴极，外电路就有了持续的电流[5]。
图1-1 固体氧化物燃料电池的工作原理
阴极部分的反应为：
1/2O2＋2e-＝O2- (1-1)
阳极部分的反应为：
H2＋O2-＝H2O＋2e- (1-2)
在使用氢作为燃料的情况下，单电池中的总反应式为：
1/2O2＋H2＝H2O (1-3)
1.3 IT-SOFT对阴极性能的要求
研究其工作原理可以发现，若要推进SOFT商业化的进程，降低SOFT的成本是必须的。其中的关键就是降低SOFC的工作温度，但是传统的电极材料和电解质材料等都不能满足中温化需求,所以需要对SOFC的关键材料进行开发。就目前来看，阴极材料对整个电池性能的影响最大。在 SOFC 中通过阴极提供氧化气体（氧气或空气），氧分子在阴极结合电子和氧空位，被还原成氧离子（晶格氧），氧离子在化学位梯度作用下传输到阳极与燃料反应。由于阴极长时间工作在高温和氧化气氛下，工作条件十分苛刻，因此阴极必须满足以下基本要求[6]：
1）稳定性 在电池长期运行过程中，阴极材料必须在氧化气氛中有足够的化学稳定性，且在较宽的氧分压范围内保持形貌、微观结构、尺寸等不能发生明显变化。