中低温SOFC阴极LnBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ的电化学性能研究(2)
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
1 引言
能源的利用关乎世界经济的发展动力，但是随着化石燃料存储量的逐渐减
少和人类能源需求的猛烈增加，新能源的开发和能源使用率的提高迫在眉睫。另
外，化石燃料的使用所带来的环境问题也成为了当今世界所关注的问题，如何降
低化石燃料的燃烧所带来的污染成为了目前研究的重要课题之一。20 世纪所建
立起来的能源系统已经无法适应未来社会对高效、清洁、经济、安全的能源体系
的要求。能源的发展正面临着巨大的挑战。
燃料电池技术作为继火力发电，水力发电和核发电之后的发电方式，得到了
世界范围内的大力发展和推广。燃料电池的反应过程没有燃烧过程而是将化学能
直接转化为电能，大大减少了其热力损失，且该过程不受卡诺循环的限制，能量
利用率在 40%到 60%。另外，燃料电池不产生噪声，无毒气排放，这一系列的
优点都能够缓解能源危机和环境污染的问题。 作为第三代的燃料电池的固体氧化
物燃料电池（SOFC），发电效率更高，燃料使用广，无电解质损耗等优点，是绿
色能源的典型代表，具有很好的发展前景。 2 固体氧化物燃料电池介绍
2.1 燃料电池的工作原理
固体氧化物燃料电池是一种将燃料气体和氧化剂通过化学反应，直接将化学
能直接转化为电能的发电装置。它主要有四部分组成即电解质、阳极、阴极和连
接体，他们按照一定的方式组成电池堆[1]。顾名思义，固体氧化物燃料电池采
用固态氧化物作为其电解质，这种电解质在高温下具有传递氧离子、分离空气和
燃料的作用。在固体氧化物燃料电池的阳极通入氢气、甲烷等燃料气体，阴极通
入氧气或者空气，在电解质中离子进行传导，使电子在阳极和阴极之间进行转移，
此时两极之间便产生了电势差，从而形成了一个电池。使之与外电路连接便形成
了一个完整的回路，可以驱动负载工作，电子则由阳极经过外电路从阳极流向阴
极，氧离子从阴极流向阳极，燃料气体通入电池阳极，在阳极——固体电解质的
界面，被氧离子氧化释放电子，氧化剂通入电池阴极，在阴极——固体电解质界
面处被还原成了氧离子[2，3]。
固体氧化物燃料的电化学过程主要包含了三个方面：(1)在阴极上，氧气自
外循环电路上得到电子被还原成氧离子。(2)氧离子在电池两侧浓度差驱动力的
作用下，通过电解质中氧空位的定向跃迁，迁移到阳极上。(3)氧离子在阳极与
燃料气体发生化学反应，生成H2O和CO2,同时释放出电子[4]。它的工作原理如
图2.1所示。
若以 H2作为燃料气体，电池中发生的电化学反应为：
在燃料电池的两极之间接上外部电阻就可以得到电流。其等效电路如图2.2所示。 2.2 固体氧化物燃料电池的组成
固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质、阳极或燃料极、阴极或空
气极和连接体或双极板组成。在选择燃料电池材料时，我们要兼顾材料的电化学
性质和物理性质。另外材料间的化学匹配性也将影响组装后的电池性能。 因此
选择材料是需要考虑以下性质：材料在高温下的化学稳定性与相容性，两种相接触材料间的热膨胀系数应该近似，电池内部的离子和电子电导率和机械强度等。
2.2.1电解质材料
电解质的主要作用在于将阴极还原的氧离子传导至阳极完成电化学反应。电
下一篇：基于生物纤维模板的绝热材料研究