【正文】 The paper reviewed the developments of fuel cell and introduced the electrolyte material,anode material,cathode material of solid oxide fuel cell .The paper reviewed the preparation methods and the progress of the major ponents of SOFC (cathode,anode and electrolyte materials) and expected the the prospect of SOFC in energy development and utilization and remended the development of solid oxide fuel cell. Key words: Solid oxide fuel cell。 當我們踏入 21 世紀的今天。因此，研究和開發(fā)基于燃料電池的新型電源具有重要的意義。到 90年代中期，由于科技部與中科院將燃料電池技術列入 ―九五 ‖科技攻關計劃，我國進入了燃料電池研究的第二個高潮。 一．按照所使用的燃料種類，燃料電池也可以分為三類： 第一類是直接式燃料電池，即直接用氫氣作為燃料； 第二類是間接式燃料電池，其燃料不是直接用氫氣，而是通過某種方法 (如蒸汽轉化或催化重整 )把甲烷、甲醇或其他烴類化合物轉變成氫 (或含氫混合氣 )后再供應給燃料電池來發(fā)電； 第三類是再生式燃料電池，它是指把燃料電池反 應生成的水，經某種方法分解成氫和氧，再將氫和氧重新輸入燃料電池中發(fā)電。 固體氧化物燃料電池的優(yōu)點 燃料電池是一種把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，又稱電化學發(fā)電器。 在 5年以前，固體氧化物燃料電池的設計還沒有成為發(fā)展的主流方向。減少電極極化損失。1989 年又在日本東京、大阪煤氣公司各安裝了 3KW 級列管式 SOFC 發(fā)電機組 ， 成功連續(xù)運行長達 5000h， 這標志著 SOFC 研究從實驗室規(guī)模向商業(yè)化發(fā)展又邁近了一步。為降低操作溫度和成本 ， 他們采用了化學氣相沉淀法。燃料的化學結構越簡單，建造燃料電池時可能出現的問題越少。目前研究固體氧化物 SOFC 所使用的燃料主要是氫氣、一氧化碳和甲烷，氧化劑氣體則為空氣或氧氣。所以到 20世紀 70年代后 ， 被開發(fā)出來的鈣鈦礦結構氧化物所取代。La 8(B=Fe、 Co、 Ni、 Cu)在約 517℃ 時便可以觀察到氧的滲透 ， 其速率隨著溫度的增加而增加 ， 且氧化物的滲透速率大小為 ： B=Fe﹥ Co﹥ Ni﹥ Cu。同時因為 Ni的熱膨脹系數較 YSZ 高 ， 對 Ni/Y2O3ZrO2金屬陶瓷而言， Ni的含量勢必會影響其熱膨脹系數。因此 ， 電解質材料在制造運行環(huán)境中保持化學成分 ， 組織結構 ，形狀和尺寸的穩(wěn)定是很重要的。摻雜離子半徑與 Zr3 + 接近，導電性會更好。目前曾有人設計在氧化鈰基電解質如 Ce0. 8Sm0. 2O2 δ表面涂一層 YSZ以阻塞其電子電導，得到了較好的效果[31]。鈣鈦礦系列電解質除了離子電導以外，還具有質子導電性，同時具有 H+ 、 OH 和 O2 作為導電離子。 (3)連接材料存在燒結性能、化學穩(wěn)定性差（元素鉻揮發(fā)）和氧空位的影響導致氧擴散電流以及材料的晶格參數和熱膨脹系數改變等問題。首先昂貴的LaCrO3層間介質可以用傳統(tǒng)的合金代替 ， 而且平板式 SOFC 在氣密物質的選擇方面也有更大的余地。 最近開發(fā)的新型固體氧化物燃料電池 日本研究人員在 2021 年 1 月研制開發(fā)出的低溫 SOFC， 其能量轉換率可達到 50﹪左右。事實上SOFC 可用于發(fā)電、熱電聯(lián)供、交通、空間宇航和其他許多領域 ， 被稱為 21 世紀的綠色能源 ， 正引起世界各國科學家的廣泛興趣。 。 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 18 參考文獻 [1]毛宗強 ,燃料電池 [M].化學工業(yè)出版社 .2021 [2]傅獻彩 ,沈從文 ,姚天 揚 ,物理化學 [M].高等教育出版社 (第四版 ).下冊 .2021 [3]衣寶廉 .燃料電池一原理 日本三菱公司和瀧田佑作、石元達己兩位教授合作開發(fā)的新型低溫 SOFC 采用新的電解質 —鑭 鎵氧化物中添加 Sn和 Mg的合金材料 ， 從而把燃料電池溫度降到 650℃ 并且可以使用 Fe 等廉價和容易加工的金屬材料做燃料電池的容器 ， 從而降低了成本。 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 16 對于電解質的選擇有很多的限制 ， 不僅要求有高的離子傳導率和低的電子傳導率 ， 而且要求在氧化還原氣氛中保持穩(wěn)定 ， 具有良好的機械和熱力學性能 ， 以及易于壓制成薄層等。 SOFC中溫化有兩個途徑，一是 YSZ電解質薄膜化，二是開發(fā)新的電解質材料。 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 15 第四章 SOFC 的未來發(fā)展方向以及趨勢 固體氧化物燃料電池的未來發(fā)展方向 根據國際研究發(fā)展趨勢 ,未來 SOFC的研究重點方向應是中溫平板式 SOFC，因為平板式SOFC系統(tǒng)制作技術相對比較簡單 ,造價也相對低，而且中溫對電池結構材料的要求降低，適合大規(guī)模制備。純Bi2O3 具有兩種固態(tài)相結構， 730℃ 以下為單斜 α相，以上為立方 δ相。但 Sc2O3 摻雜氧化鋯時，隨著使用時間的延長，電解質電導率會降低。 氧化鋯系列電解質 研究最早、最成熟并且目前應用最多的 SOFC電解質是氧化鋯系列電解質。綜合考慮電導率和熱膨脹系數 ， 一般采用 Ni占 35﹪ ，這樣既保持陽極層的電子電導率 ， 又可降低其與其它電池元件的 熱膨脹系數失配率。因此 Ni 的價格與 Co， Pt，Pd 等相比較為便宜 ， 因為被普遍采用。其中LaCoO LaFeO LaMnO LaCrO3 摻入堿土金屬氧化物后 ( 堿土金屬離子取代 La)， 顯示出極高的電子導電率 ， 它們的電子導電率大小順序為 LaCoO3﹥ LaFeO3﹥ LaMnO3﹥LaCrO3。 當前 SOFC 的結構設計有 ： ① 管狀 SOFC， ② 平板狀 SOFC， ③ 整體式 SOFC， ④ 分段式 SOFC， 其區(qū)別主要在于電池內部功耗損失程度 ， 燃料通道與氧化劑通道之間的密封形式 ， 電池組中單電池之間的電路連接方式。電解質是離子導電而非電子導電的材料，液態(tài)電解質分為堿性和酸性電解液，固態(tài)電解質有質子交換膜和氧化鋯隔膜等。采用廉價的濕法工藝 ， 可在 YSZ+NiO 陽極基底上制備厚度僅為 50Nm 的致密 YSZ薄膜， 800℃ 用氫做燃料時單電池的輸出功率密度達到 。 新加坡 [15]的蔣三平等認為在中溫固體氧化物燃料電池中，可用為陽極。 (4)提高系統(tǒng)設計及其耐用性 研究高活性的催化材料及其制備方法，減弱電極與電解質之問的反應燒結現象，提高電極的活性和氣體的擴散，提高電池的工作性能和使用壽命 。 要使固哈爾濱學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 7 體電解質燃料電池能夠實際應用，必須做到以下幾點： (1)降低成本 國外的 SOFC成本高的主要原因是由于電池中大量使用稀土元素，所以國外努力尋找不含稀土元素的電池材料。由于燃料電池是通過電化學反應 把燃料的化學能中的吉布斯自由能部分轉換成電能，不受卡諾循環(huán)效應的限制，因此效率高；另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料，排放出的有害氣體極少；因為沒有機械傳動部件，故沒有噪聲污染。 四． 按照工作溫度可以分為低溫燃料電池、中溫燃料電池和高溫燃料電池?？陀^的說，目前在中國基本上還沒有 一組可以展示給大家工作的固體氧化物燃料電池堆。 然而，在這些不同類型的燃料電池中，固體氧化物燃料電池（ SOFC） 具有多燃料適應性、結構簡單、能量轉化率高等特點，且電池產生的廢熱可以作為熱源供給聯(lián) 合發(fā)電系統(tǒng)的其他部分使用 , 實現了熱電聯(lián)產 ， 從而更有效地提高了整個發(fā)電系統(tǒng)的效率 , 被認為是最有效率的和萬能的發(fā)電系統(tǒng)，特別是作為分散的電站 。同時常用的一次和二次電池已無法滿足人們的需求。 electrode 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 3 前 言 自從第一次工業(yè)革命以來，人類社會幾乎每次科學技術水平和生活水平的提高，都與能源技術的革新休戚相關。哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設計） 本科畢業(yè)論文（設計） 題目 ： 固體氧化物燃料電池的研究進展 院（系） 理學院 專 業(yè) 化學 年 級 07 級 姓 名 學 號 指導教師 職 稱 實驗 師 2021 年 6 月 13 日 哈爾濱學院本科畢業(yè)論文（設計） I 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................. 1 ABSTRACT ................................................................................................................................... 2 前 言 ............................................................................................................................................... 3 第一章 開發(fā)固體氧化物燃料電池的原因 ..................................................................