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固体氧化物燃料电池
阅读:26189时间:2011-09-15 10:41:53

  固体氧化物燃料电池是一种全固体燃料电池,其中电解质是复合氧化物,最常见的是氧化钇或氧化钙参杂的氧化锆陶瓷。这种材料在高温下具有离子导电性,因为掺杂的复合氧化物形成了氧离子晶格空格,在电位差和浓度差的驱动下,氧离子可以在其中迁移。

组成

  1.电解质( elec2trolyte)

  2.阳极或燃料极(anode ,fuel electrode)

  3.阴极或空气极(cathode ,air electrode)

  4.连接体(interconnect)

  5.双极分离器(bipolar separator)

固态氧化物燃料电池的原理

  和一般燃料电池一样,SOFC 也是把反应物的化学能直接转化为电能的电化学装置,只不过工作温度较高,一般在800 —1000 ℃。 它也是由阳极、阴极及两极之间的电解质组成。

  在阳极一侧持续通入燃料气,例如H2 、CH4 、煤气等,具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体例如氢,并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。 在阴极一侧持续通入氧气或空气,具有多孔结构的阴极表面吸附氧,由于阴极本身的催化作用,使得O2 得到电子变为O2 - ,在化学势的作用下,O2 - 进入起电解质作用的固体氧离子导体,由于浓度梯度引起扩散,最终到达固体电解质与阳极的界面,与燃料气体发生反应,失去的电子通过外电路回到阴极。

固态氧化物燃料电池的特点

  1、较高的电流密度和功率密度;

  2、阳、阴极极化可忽略,彼化损失集中在电解质内阻降;

  3、可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料,而不必使用贵金属作催化剂;

  4、避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题;

  5、能提供高质余热,实现热电联产,燃料利用率高,能量利用率高达80%左右,是一种清洁高效的能源系统,可做动力电池使用。

  6、广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极,具有全固态结构;

  7、陶瓷电解质要求中、高温运行(600~1000℃),加快了电池的反应进行,还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原,简化了设备。

应用前景

  固体氧化物燃料电池的开发始于20世纪40年代,但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。 早期开发出来的SOFC的工作温度较高,一般在800~1000℃。目前科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电池,其工作温度一般在800℃左右。一些国家的科学家也正在努力开发低温SOFC,其工作温度更可以降低至650~700℃。工作温度的进一步降低,使得SOFC的实际应用成为可能。

  固态氧化物燃料电池的效率约为60%左右,可供工业界用来发电和取暖,同时也具有为车辆提供备用动力的潜力。

  固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化,是解决目前世界能源短缺和环境污染的重要手段,受到了世界主要国家的普遍重视,包括美国、欧洲、日本、澳大利来、韩国等。

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