《新能源技术与材料》第20讲低温固体氧化物燃料电池简介.pptx

低温固体氧化物燃料电池简介

目录1234SOFC原理低温化低温SOFC关键材料研究背景5应用前景

研究背景不可再生污染大清洁环保高效率

研究背景SOFC优点：环境友好，发电效率高；余热利用价值高；全固态结构；燃料适应性强

SOFC原理AnodeCathodeH2electrolyteO2-H2O(gas)airSolidoxidefuelcelle-air

低温化高温SOFC（800~1000oC）启动时间长，启动耗能大材料扩散、老化问题密封等技术难题电极烧结，粒子长大高温导致不同层之间热失配低温SOFC（600oC以下）可以使用廉价的不锈钢等作为连接材料节约成本降低能耗缩短启动时间

高温SOFC（800~1000oC）低温SOFC（600oC以下）电解质电极提高电解质电导率电解质薄膜化开发新电极材料电极微结构优化降低操作温度降低电解质电阻降低电极电阻低温化

低温化降低阴极电阻提高电池开路电压降低阳极电阻降低电解质电阻高性能低温SOFC离子浸渍阴极双层电解质增加阳极孔隙率降低电解质厚度开发新型阴极材料

低温SOFC关键材料低温SOFC电解质材料电解质是SOFC最核心的部件。电解质必须具备以下条件：高的离子电导率和可以忽略的电子电导率较好的烧结活性方便形成致密的薄膜在氧化和还原气氛中具有良好的稳定性与阳极和阴极的材料化学相容而不发生反应足够的机械强度和较低的价格

低温SOFC关键材料双层电解质SOFC常用电解质材料Ce4+Ce3+开路电压下降电池性能衰减DCOO2-e-

低温SOFC关键材料DCOZrO2-,Bi2O3-SDCYSZanodeESBGDCanodecathodecathodeO2-e-双层电解质构型

低温SOFC关键材料YSZ/SDC双层电解质NiO-YSZ/AFL/YSZ(2μm)/SDC(6μm)/Sm0.5Sr0.5Co3-δ-SDCJingQianetal,ElectrochimicaActa,92(2013)243-247

低温SOFC关键材料SDC/YSZ双层电解质NiO-SDC/SDC(22μm)/YSZ(2μm)/La0.8Sr0.2MnO3-δ-YSZJingQianetal,Internationaljournalofhydrogenenergy,38(2013)2407-2412

GDC/ESB双层电解质NiO-GDC/AFL/GDC(10μm)/ESB(4μm)/Bi2Ru2O7-ESB低温SOFC关键材料tape-castspraycoatedPLDJinSooAhnetal,ElectrochemistryCommunications11(2009)1504–1507

低温SOFC关键材料低温SOFC的阴极材料稳定性氧化气氛中，必须具有足够的化学稳定性，且其形貌、微观结构、尺寸等在电池运行过程中不能发生明显变化电导率必须有足够高的电子电导，以降低SOFC操作过程中阴极的欧姆极化；还必须具有一定的离子导电能力，以利于氧化还原产物向电解质的传递催化活性在SOFC操作温度下，对氧化还原反应具有足够高的催化活性，以降低阴极上电化学活化极化过电位，提高电池的输出性能。

相容性在SOFC制备和操作温度下与电解质材料、连接材料或双极板材料与密封材料化学相容热膨胀系数在室温至SOFC操作温度，乃至更高的制备温度范围内与其他电池材料热膨胀系数相匹配多孔性足够的孔隙率，以确保活性位上氧气的供应低温SOFC关键材料

低温SOFC关键材料开发新型阴极材料目前开发基于双层电解质的阴极材料electrolytecathodeYSZ/SDCBi0.5Sr0.5FeO3-δYSZ/SDCBa0.9Bi0.1FeO3-δYSZ/SDCSm0.5Sr0.5CoO3-δ-SDCSDC/YSZLa0.8Sr0.2MnO3-δ-YSZSDC/YSBAg-YSBSDC/YSBLa0.8Sr0.2MnO3-δ-YSBGDC/ESBBi2Ru2O7-ESBGDC/ESBLa0.8Sr0.2MnO3-δ-ESBScSZ/SDCLa0.74Bi0.1Sr0.16MnO3-δ-ESB

低温SOFC关键材料离子浸渍阴极机械混合阴极离子浸渍阴极增加阴极的三相界面提高阴极的表面交换系数

低温SOFC关键材料oneinfiltrationtreatmentstepLSMinfiltratedYSBcathode0.23(600),0.45(650),0.78(700),1.13(750)W/cm2ZhiyiJiangetal,