固体氧化物燃料电池的应用与发展趋势

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：图6-5 固体氧化物燃料电池SOFC原理图能够传导氧离子的材料是这些特定材料的金属氧化物，它们不但要有合适的离子传导率，还需足够稳定。我们可以列举β相氧化铝、褐帘石、镧化锶、钼氧化物、钒氧化物、钇锆混合氧化物等。

当我们详解分析水生成的电化学反应时，曾提及两个部分反应：氢气的氧化反应和氧气的还原反应。由此可知，水的生成反应为

H₂→2H⁺+2e^- （6-17）

1/2O₂+2e^-→O^2- （6-18）

O2^-+2H⁺→H₂O （6-19）

可以有多种不同的组合方式，因此，用于质子交换膜燃料电池的反应方程式（6-12）并不是控制燃烧过程的唯一手段。

例如，如果将反应方程式（6-17）和式（6-19）组合起来，会得到：

H₂+O^2-→H₂O+2e^- （6-20）

这次是氧离子O^2-需要穿过隔板，从阴极侧气室到阳极侧气室。因此，水在阳极侧（氢气）生成，这与质子交换膜燃料电池明显不同。这种依赖于氧离子交换的单体电池，根据其隔板的化学性质命名为固体氧化物燃料电池（SOFC）。图6-5给出了SOFC的原理示意图。

图6-5 固体氧化物燃料电池SOFC原理图（与质子交换膜燃料电池相比，SOFC不但交换离子不同，生成水的位置也不同，是在阳极气室，而不是阴极气室）

能够传导氧离子的材料是这些特定材料的金属氧化物（陶瓷材料），它们不但要有合适的离子传导率，还需足够稳定。还有一个非常重要的特性，是必须能够在800～1000℃的高温环境下可靠工作。

有几种陶瓷材料值得推荐，不过详细剖析这些材料需要花费很长时间，因为它们之中有些成分十分复杂，混合有多种金属氧化物，具有多种多样的稳定相。我们可以列举β相氧化铝、褐帘石、镧化锶、钼氧化物、钒氧化物、钇锆混合氧化物等。这些材料的主要差异在于它们的离子传导性，而其中最重要的是它们的稳定性，还有在能达到的最低工作温度下所表现出的性能。

固体氧化物燃料电池的应用与发展趋势

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