【正文】 在該體系中，一方面由于變價(jià)陽離子或摻入的部分異價(jià)離子的存在使這類材料成為氧離子導(dǎo)體，另一方面，由于不同過渡金屬離子價(jià)態(tài)的變化顯示出電子導(dǎo)電性，使這類材料成為離子一電子混合導(dǎo)體。 La1xSrxCo1yFeyO3 系陰極材料 La1xSrxCo1yFeyO3在 800?C時(shí)其電子電導(dǎo)率可達(dá)到102 ? 103Scm1，氧離子電導(dǎo)率達(dá)到 101Scm1水平，比同一溫度下 YSZ的氧離子電導(dǎo)率高出近一個(gè)數(shù)量級(jí)。 此外這類材料催化活性普遍較高， LSCF的電催化活性明顯優(yōu)于 LSM，即使在中低溫時(shí)也能滿足要求，因而可以進(jìn)一步降低 SOFC的使用溫度。同時(shí)具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。 4. 連接材料 連接材料用于各單體電池的陽極和陰極的直接串聯(lián)，因此經(jīng)常處在高溫下，并暴露于氧化、還原氣氛中。 對(duì)連接材料的要求是：應(yīng)在化學(xué)上穩(wěn)定，能耐氧化和還原，而且電子導(dǎo)電性大，沒有離子導(dǎo)電性 (因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)離子導(dǎo)電性，就會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì) )。 目前研究了一些氧化物材料，只有幾種材料基本能滿足要求。如 Sr， Ni摻雜的 LaCrO3，用 Sr摻雜的LaMnO3，以及近期研制的以稀土穩(wěn)定的 ZrO2(HfO2)復(fù)合氧化物。 到目前為止，使用最多的連接材料是摻雜的 LaCrO3。 LaCrO3是一種耐火性能很好的鈣鐵礦型氧化物，室溫下氧化物以正交晶型存在，在約 240 ? 280?C時(shí)發(fā)生由正交向菱形的晶型轉(zhuǎn)變，這種晶型一直穩(wěn)定存在于1000?C以下，進(jìn)一步升高溫度，在約 1650?C時(shí)轉(zhuǎn)變成立方晶型。 LaCrO3的導(dǎo)電性通過在其 A位引人低價(jià)離子而得到改善，常見的摻雜劑有 Sr， Ca， Mg，且以 Sr最為常用。 Sr摻雜引起了 Cr3+向 Cr4+離子的轉(zhuǎn)變，因此增加了材料的導(dǎo)電性，其導(dǎo)電行為符合小極化子傳導(dǎo)機(jī)理。 但摻雜的 LaCrO3在應(yīng)用中也存在不足： 在高的氧化活性條件下， LaCrO3的燒結(jié)性能很 差，因而很難燒結(jié)成致密的結(jié)構(gòu)。 改善其燒結(jié)性能的措施目前主要有以下幾種： 采用高反應(yīng)活性的原料粉體； 采用不符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系的材料，如 Cr位不足； 引人雜質(zhì)離子增加空穴濃度。 要實(shí)現(xiàn)固體氧化物燃料電池 (尤其是中、低溫 SOFC)的產(chǎn)業(yè)化，還得從以下幾個(gè)方面深人開展工作： (1)研究質(zhì)子傳導(dǎo)的機(jī)理并開發(fā)在中，低溫下具有足夠 電導(dǎo)率的質(zhì)子導(dǎo)體及質(zhì)子 ?離子混合導(dǎo)體電解質(zhì)； (2)開發(fā)中、低溫條件下有一定活性，同時(shí)與電解質(zhì)在 性能上相匹配的電極材料； (3)如何降低陰極的極化電阻，弄清鈣鉆礦結(jié)構(gòu)氧化物 LSCF的混合導(dǎo)電機(jī)理； (4)改善電極的顯微結(jié)構(gòu)。 5. SOFC展望 固體氧化物燃料電池的研究和組裝離不開陶瓷材料及陶瓷處理工藝，正是由于材料科學(xué)的迅速發(fā)展，固體氧化物燃料電池的開發(fā)研究工作才取得了目前的水平。 因此，新型陶瓷材料的開發(fā)仍將是固體氧化物燃料電池在今后一段時(shí)間內(nèi)研究的主要課題。 四、其他類型燃料電池 堿性燃料電池 (AFC) AFC 技術(shù)是第一代燃料電池技術(shù)，已經(jīng)在 20 世紀(jì) 60 年代就成功地應(yīng)用于航天飛行領(lǐng)域，是最早開發(fā)的燃料電池技術(shù)。目前德國一家公司開發(fā)的 AFC 在潛艇動(dòng)力實(shí)驗(yàn)上獲得了成功。 國內(nèi)對(duì) AFC 的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代開始， 70 年代由于航天工業(yè)的需求，天津電源研究所研制出 1kW AFC 系統(tǒng)。與此同時(shí)， A 型號(hào) (即以純氫、純氧為燃料和氧化劑 ) 、 B 型號(hào) (即以 N2H4 分解氣、空氣氧為燃料和氧化劑 )燃料電池系統(tǒng)也在中科院大連化物所研制成功。此外，其它的研究機(jī)構(gòu)也都展開了對(duì) AFC 的研究。 磷酸型燃料電池 (PAFC) PAFC 也是第一代燃料電池技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用和批量生產(chǎn)。目前美國、日本、歐洲各國已有 100 多臺(tái) 200kW 發(fā)電機(jī)組投入使用或在安裝中，最長(zhǎng)的已經(jīng)運(yùn)行了 37000小時(shí)。因此已經(jīng)證實(shí)了 PAFC 是高度可靠的電源。只是由于其成本太高，目前只能作為區(qū)域性電站來現(xiàn)場(chǎng)供電、供熱。 熔融碳酸型燃料電池 (MCFC) MCFC 是屬于第二代燃料電池技術(shù)。目前對(duì) MCFC 的研究國家有美國、日本和西歐，主要是應(yīng)用于設(shè)備發(fā)電，目前還處于試驗(yàn)階段。 國內(nèi)對(duì) MCFC 的研究是中科院大連化物所從 1993 年開始的，現(xiàn)在正處于組合電池的研究階段。而經(jīng)過多年的艱苦努力與創(chuàng)新突破，上海交通大學(xué)率先在國內(nèi)成功進(jìn)行了 1～ 115kW 的 MCFC 發(fā)電實(shí)驗(yàn)。 直接醇類燃料電池技術(shù) (DMFC) 由于 20 世紀(jì)末氫源問題成了發(fā)展 PEMFC 商業(yè)化的主要障礙，因此以醇類直接為燃料的研究成了研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，為此形成了對(duì)直接甲醇類燃料電池的開發(fā)熱潮。 由于以甲醇為主要燃料，在反應(yīng)過程中生成了 CO 等許多穩(wěn)定和不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，因而會(huì)降低電催化劑的活性，產(chǎn)生催化劑中毒問題，解決這一問題成為發(fā)展DMFC 的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 對(duì)直接醇類燃料電池的研究工作目前仍處于探索階段。 美國能源部、通用汽車公司、 BPS 公司、洛斯阿拉斯加國立研究所正在聯(lián)合研制采用 DMFC 的電汽車，SMART 燃料電池公司開發(fā)出一種 DMFC 移動(dòng)電源，可提供筆記本電腦使用 1 罐 / 天的效能。 五、燃料電池發(fā)展中出現(xiàn)的新設(shè)計(jì)思想 在燃料電池的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了一些新的設(shè)計(jì)思想： 一種是血紅蛋白型燃料電池，即氧是從海水中提取，并利用一種經(jīng)過遺傳工程處理的 “ 血紅蛋白 ” 載體分子組成的亞鐵基液體，以血紅蛋白從海水中提取 “ 游離氧 ” 構(gòu)成燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)。它目前還只是一種模型，將來可能成為海上船舶和水下潛艇等理想的動(dòng)力和電源。 另一種是細(xì)菌型燃料電池，即以糖類為主要介質(zhì)，用一種特殊細(xì)菌將糖分子分解并使其具有電能量。即利用電子在分子間的傳遞，使得電子在細(xì)菌和陰極間流動(dòng)，形成電流。這種電池將來可能應(yīng)用于農(nóng)牧漁業(yè)用電及動(dòng)力裝置中。