固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展_任玉敏

固体氧化物燃料电池的研究前沿固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、清洁的能源转换技术，具有很高的能量转换效率和较低的环境影响。

近年来，固体氧化物燃料电池的研究逐渐走向前沿，不断取得新的突破和进展。

本文将就固体氧化物燃料电池的研究前沿进行探讨。

固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的高温电化学器件，其工作原理是通过将燃料气体（如氢气、甲烷等）和氧气在阳极和阴极催化剂的作用下发生氧化还原反应，从而产生电能和热能。

固体氧化物燃料电池具有高能量转换效率、低污染排放、燃料灵活性强等优点，被广泛认为是未来清洁能源的重要选择之一。

在固体氧化物燃料电池的研究领域，有几个方面的前沿研究尤为引人关注。

首先是材料的研究。

固体氧化物燃料电池的性能受到材料的制约，如阳极、阴极、电解质等材料的选择和性能直接影响着电池的性能和稳定性。

近年来，研究人员通过合成新型材料、优化材料结构等手段不断提高固体氧化物燃料电池的性能，如提高电导率、降低极化、提高抗硫化性能等，从而推动固体氧化物燃料电池技术的发展。

其次是界面和反应动力学的研究。

固体氧化物燃料电池是一个复杂的多相多组分体系，其中阳极、阴极、电解质等界面的反应过程对电池性能有着重要影响。

研究人员通过表面工程、界面设计等手段来调控界面反应，提高电池的性能和稳定性。

同时，研究固体氧化物燃料电池中的反应动力学规律，揭示反应速率与温度、压力、成分等因素之间的关系，对于优化电池操作条件、提高电池效率具有重要意义。

此外，固体氧化物燃料电池的堆级系统集成也是当前的研究热点之一。

固体氧化物燃料电池堆是由多个电池单元组成的，堆级系统集成涉及到堆内温度、压力、气体流动等多个参数的控制和优化，旨在提高整个系统的能量转换效率和稳定性。

研究人员通过优化堆内流场、改进堆结构、设计高效热管理系统等手段来提高固体氧化物燃料电池堆的性能，推动固体氧化物燃料电池技术的商业化应用。

最后，固体氧化物燃料电池的智能化和自适应控制也是当前的研究热点之一。

固体氧化物燃料电池中的质子传导机制研究进展固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、低污染的能源转换设备，近年来得到了广泛研究和应用。

其中，质子传导机制是SOFC运行的重要环节之一。

本文将就固体氧化物燃料电池中的质子传导机制的研究进展进行探讨。

一、概述固体氧化物燃料电池是利用固态电解质传导氧离子与质子的转化来实现电化学反应的设备。

而质子传导机制则是指固体氧化物燃料电池中质子（H+）在电解质中的传输方式和规律。

质子传导机制的研究对于提高固体氧化物燃料电池的性能和稳定性具有重要意义。

二、质子传导机制的基本原理在固体氧化物燃料电池中，质子通过固态电解质中的晶格缺陷或界面位错进行传导。

与其他类型的燃料电池相比，固体氧化物燃料电池的工作温度较高（通常在600-1000摄氏度），这使得质子传导成为可能。

三、质子传导材料质子传导材料在固体氧化物燃料电池中起着至关重要的作用。

目前研究得比较多的质子传导材料有氧化钙稳定氧化物、氧化铈稳定氧化物、氧化锆稳定氧化物等。

这些材料能够通过特定的结构和组分优化质子传导性能。

四、质子传导机制的研究进展近年来，固体氧化物燃料电池中质子传导机制的研究取得了许多进展。

研究人员通过实验和模拟方法，深入探究了质子在固态电解质中的传输规律和机制。

其中，诸如质子在晶格缺陷、界面位错和晶界等区域的传输行为、质子传导材料的结构与性能关系等方面的研究成果引起了广泛关注。

五、应用前景固体氧化物燃料电池具有高能量密度、低排放和燃料灵活性等优点，在能源领域具有广阔的应用前景。

质子传导机制的深入研究将为SOFC 的性能和稳定性的提高提供重要支撑，推动其工业化应用的进一步发展。

六、结论通过对固体氧化物燃料电池中质子传导机制的研究进展进行探讨，我们可以得出结论：质子传导机制是固体氧化物燃料电池能够正常运行的基础，其研究对于提高SOFC的性能和稳定性具有至关重要的影响。

固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展化学化工与材料学院贲舜格20080154摘要: 固体氧化物燃料电池具有高温运行直接分解燃料气体，化学和热稳定性好, 不存在电解质失效及使用液体电解质带来的密封等问题，综合效率高,热利用率可达80%以上特点成为近年来燃料电池方面的重点研究方向。

固体氧化物燃料电池的阴极材料要求具有较高的电子电导率和离子电导率，高的催化活性以及良好的相容性。

就目前的研究所发现的阴极材料主要有金属、金属陶瓷复合阴极材料和钙钛矿结构的氧化物材料等。

正文：燃料电池可以把燃料的化学能直接转化为电能。

阴极的电子电导率越高,电子传输过程中的电阻损失就越低,足够的氧离子电导率则会提高表面反应和离子扩散能力，阴极材料起着催化剂的作用,它要将氧分子的共价键打开,因此必须具有足够高的氧还原催化活性,这与阴极材料的化学组成和阴极微结构有关。

良好的相容性可以使得阴极在室温和电池操作及制备的温度范围内,与相邻组件(电解质、连接体等)之间应无化学反应、无明显的互扩散,并且有相近的热膨胀系数。

目前所发现符合上述几点要求的阴极材料主要有金属、金属陶瓷复合阴极材料和钙钛矿结构的氧化物材料等。

1.金属、金属陶瓷复合材料金属Pt是早期研究中使用的一种阴极材料,除Pt外,适合作阴极材料的贵金属还有Pd、Rh等。

因为其价格关系，这些金属适合在实验室中使用，抗腐蚀，槽压稳定。

K·Sasaki等采用真空高能球磨法制备了陶瓷基材料金属Sc0.10Ce0.01Zr0.89O2 (SSZ) ,其中Pt、Pd、Rh和Ag及其合金被用作电子导电相。

该材料与电解质Y2O3掺杂的ZrO2。

(YSZ)配合使用,显示了较好的阴极活性。

Pt—SSZ阴极材料在700 ℃下、Pt 含量为40 mg/ cm2时的界面电导率可达617S/ cm2。

用一定质量比的Pt—Ag 合金取代Pt 所得的复合材料,性能有所提高,在700 ℃下的界面电导率为12 S/ cm2。

固体氧化物燃料电池的原理及研究进展固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种直接将外界的能量形弐（如可燃气或液体燃料）能转化为电能的“电池”，它主要由电解质（SOFC的空气电极通常是氧化物质）和固体离子电导体（SOFC的电极通常是金属氧化物）组成，是一种新型的高效率燃料电池，被认为是未来能源转换和储存技术领域发展的重要技术。

下面将介绍固体氧化物燃料电池的原理及研究进展：一、原理1. SOFC的基本原理：固体氧化物燃料电池（SOFC）将燃料和氧固态反应，生成了氧阴极腐蚀产物，燃料阳极（氢气或其他燃料气体）发生还原反应，生成电子，两極上的流动的电子来产生可用的电能。

2. 阴极反应：气体阴极反应是SOFC的关键部件，通常以氧为质子接受体，在阴极上，氧气在电极表面被氧化形成水分子和氧离子，同时具有传导电子的工作。

3. 阳极反应：阳极反应则涉及将燃料（如氢气）氧化到水的反应，如果氢气是SOFC的燃料的话，它的阳极反应有：H2 + 1/2O2 = H2O，产生的电子，将被自由流动到电极，通过外部负载可以得到有用的电能。

二、研究进展1. 电极的研究：电极材料的建造及修正是固体氧化物燃料电池研究的焦点之一，因此开发新型的电极材料广受关注，这些新研究中5d电子金属氧化物（如金属钅氧化物）和聚酰胺（如聚甲醛酰胺）已成为一种可行的选择，它们具有良好的性能和成本效益。

2. 空气电极的研究：直接用空气作为氧电极的空气电极也逐渐引起关注，研究主要集中在氧化物空气电极（OFC）和水空气电极（AFC），这些氧化物空气电极主要是采用经高温氧化制备的分层氧化物，它们在不考虑液滴水在SOFC中产生的腐蚀作用的情况下，能够在更低的温度下稳定操作。

3. 流体传输：为了实现最佳性能，传送流体到和从SOFC的反应部分中得到有效的传输是非常重要的，因此诸如燃料和空气的流体路径设计，和液体再循环系统的开发极受关注，以优化燃料的利用率，以及降低SOFC系统的总损失。

固态氧化物燃料电池最新研究进展简析固态氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是利用固体氧化物作为电解质的一种高温燃料电池。

相对于传统的燃料电池，SOFC具有更高的能量转换效率、更长的寿命和更低的污染排放。

因此，SOFC一直被认为是火电和传统化石燃料技术逐渐淘汰后的最有希望的能源替代方案之一。

1. 材料研究的进展SOFC的核心结构是由阴阳极和氧离子导体组成的复合材料薄膜。

如何选择和设计高性能的电极材料一直是SOFC研究的重要方向之一。

石墨烯、铜基掺杂过渡金属氧化物及其衍生物、复合金属氧化物、异种纳米颗粒复合物等已经成为研究人员广泛关注的材料。

其中，石墨烯因其优异的导电性、导气性、化学稳定性和高的比表面积等优点而备受关注。

近期，研究人员通过石墨烯和SrTiO3的复合材料制备高性能的阳极材料，并成功应用于SOFC 中。

2. 催化剂的研究催化剂的选择对SOFC的稳定性和性能都具有很大的影响。

传统的催化剂一般是基于铂族金属的贵金属催化剂。

然而，这种催化剂会在高温条件下出现烧蚀和劣化等问题，极大地降低了SOFC 的寿命。

为了解决这一问题，近期研究者开始探索新的催化剂。

一些研究表明，掺杂金属和碳等材料可以作为具有高效催化作用的替代催化剂。

比如，研究人员提出了一种基于La-doped BaSnO3-x的新型阳极催化剂，其表现出了较高的质子氧化还原反应活性和电化学稳定性，为SOFC的实际应用提供了新思路。

3. 智能化SOFC系统的研究SOFC系统具有较高的能量转化效率和灵活的运行特性，因此被广泛应用于家庭或工业用途。

然而，SOFC系统的稳定性和安全性仍然是存在挑战的问题。

智能化系统的应用可以为SOFC系统的稳定以及优化提供解决方案。

研究者们提出了一种基于物联网的SOFC智能监测系统，该系统可以实时监测SOFC系统的内部状态和外部环境，并通过数据分析和反馈控制系统进行实时调整和优化。

固体氧化物燃料电池的研究与应用固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种高效清洁的电化学发电系统，其效率高于传统的燃气发电机组和化石能源发电厂。

SOFC作为一种新型能源技术，具有显著的应用潜力。

一、SOFC的原理及研究进展SOFC以氧化物为电解质，通过将氧原子离子（O2-）导向阳极，导电的质子（H+）则通过电解质层，进入阴极并与氧元素结合形成水，同时在阳极与燃料反应氧化形成二氧化碳。

SOFC的核心部件为固体氧化物电池，开发高效、稳定的电解质、阳极和阴极材料是此类电池关键的研究方向。

近年来，SOFC在小型化、高密度和耐久性等方面得到了显著进展。

传统的SOFC系统在使用较长时间后往往会出现降低输出功率的情况，但今天的研究结合了具有更好稳定性的陶瓷材料，并通过设计改善氧化物电极结构，使得SOFC寿命和电化学性能得到了显著提高。

此外，光学计算模拟技术和材料科学研究手段被应用于SOFC的结构设计中，以优化喷印和构件装配的效率，并提高SOFC的能量密度和稳定性。

二、SOFC的应用领域1、战略能源设备SOFC作为一个能够有效解决环境污染和减排难题的绿色能源，其在国防和军事工业领域的应用有望成为未来国家发展的一大重要方向。

尤其是在高纯氢气和小型化燃料电池系统的应用，以及任意气体燃料供应的问题上，都具有广泛的应用前景。

2、能源供应SOFC被广泛视为是未来能源的方向，可以发挥其优异的高效性能，在城市供电、工业生产、居民采暖、航空航天和汽车等领域进行广泛的应用。

随着SOFC技术的不断改进，SOFC电力系统将会被广泛应用于能源供应方面。

SOFC燃料电池可直接使用天然气、石油天然气、乙醇、甲烷等碳氢化合物燃料，其高效、经济、环保的特点受到社会各界的认可。

3、环保节能SOFC作为一种低能耗、低污染的绿色能源，可有效地节约能源、减少二氧化碳等有害气体的排放。

SOFC与光伏、风力发电技术的结合，有望推动能源革命进一步发展，实现真正的绿色低碳生态。

固体氧化物燃料电池研究现状固体氧化物燃料电池的核心部件是由氧化物电解质层、阳极和阴极构成的，其中氧化物电解质层主要有氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化钇稳定的氧化铈等材料。

相较于其他类型的燃料电池，SOFC具有较高的工作温度（750-1000℃），因此不需要贵金属催化剂，可以直接燃烧富氧或油气等多种燃料。

此外，SOFC的高工作温度可以提高电化学反应的速率，提高电池的效率。

在固体氧化物燃料电池研究方面，主要集中在以下几个方面：1.材料研究：SOFC的电解质层材料对电池的性能和稳定性起着重要作用。

目前，氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化钇稳定的氧化铈等材料被广泛研究。

此外，一些新型复合氧化物也被提出用于提高电池的离子传导性能和减少材料的烧结温度。

2.界面和反应机理研究：固体氧化物燃料电池的性能和寿命受到阳极、阴极和电解质之间界面的影响。

因此，研究界面化学和反应机理是提高电池性能和稳定性的关键。

通过研究界面反应动力学和电化学反应机理，可以优化阴极和阳极的制备工艺，提高电池的性能和稳定性。

3.尺寸效应研究：SOFC具有较高的工作温度，导致电解质层和电极材料之间存在较大的热膨胀差异，从而引起力学应力和失效。

因此，研究电池材料的尺寸效应，如薄膜材料的厚度、孔隙结构等影响电池性能和寿命的因素，是目前的研究热点之一4.生产工艺研究：SOFC的制备工艺对电池的性能和成本起着重要作用。

目前主要有涂覆法、堆叠法、喷雾烧结法等制备工艺。

研究制备工艺可以提高电池的制备效率、降低制备成本。

总结起来，固体氧化物燃料电池研究目前主要集中在材料研究、界面和反应机理研究、尺寸效应研究和生产工艺研究等方面。

这些研究将为固体氧化物燃料电池的商业化应用提供技术支持，推动其在能源领域的广泛应用。

固体氧化物燃料电池技术现状及研究进展固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)技术是一种新型高效、清洁的能源转换技术。

它是指利用固体电解质材料，将燃料和氧气通过直接的气体固体反应转化为电能的一种化学能到电能的转换技术。

作为一种潜力巨大的燃料电池技术，SOFC能够直接将化石能源或可再生能源转化为电力，产生的废气只有水和二氧化碳，具有高效、低污染等优点。

因此，SOFC技术受到了众多科学家的关注和研究，在能源领域提供了广泛的应用前景。

一、 SOFC技术现状SOFC是一种高温燃料电池技术，它的工作温度通常在700-1000℃之间，远高于其他类型的燃料电池。

高温是SOFC的一个特点，具有多种优势：一方面，高温有利于提高电化学反应速率和传质速率，提高燃料电池的效率；另一方面，高温通过重组烷烃等方式可以直接利用化石燃料，而低温燃料电池不具备此功能。

SOFC的电化学反应是电极反应和离子传递反应的综合作用。

在SOFC中，燃料（如氢气、天然气或烷烃等）在阳极表面被催化剂氧化成电子和氢离子，被氧气在阴极表面接受，生成电子和氧离子。

电子沿外部电路流动从而产生电能，氢、氧离子通过固体电解质层通过内部通道流向对面的电极，在那里再次结合生成水蒸气或二氧化碳。

SOFC的核心在于材料与技术的结合，解决了传统燃料电池技术中电子和离子之间的交互问题，提高了电池的效率。

现在的固体氧化物燃料电池主要分为两类：平板燃料电池和管形燃料电池。

平板燃料电池是指用铁氧体或其他材料制成电极，然后在中间加上固体氧化物电解质层，这种电池的特点是体积小、功率大。

而管形燃料电池是指将电解质涂覆在细小的管表面上，然后在管一侧涂覆阳极，管另一侧涂覆阴极的一种电池。

管型燃料电池一般结构都比较复杂，但优点是工作温度比较低，可以使用镍合金等质材料，制作成本比较具有优势。

二、SOFC技术的研究进展SOFC技术最主要的挑战是寿命和稳定性问题。

谭祥军等：短碳纤维增强熔石英玻璃陶瓷复合材料力学性能· 145 ·第37卷第1期固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展田长安1,2,3，曾燕伟2，尹奇异1,3，邵国泉1，张全争1,3，程继海1,3(1. 合肥学院化工系，合肥 230022；2. 南京工业大学材料科学与工程学院，南京 210009；3. 合肥学院粉体与能源材料重点实验室，合肥 230022)摘要：固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells，SOFCs)因具有能量转换率高，燃料适应性强，环境友好和操作方便等优点，受到了人们的普遍关注。

发展中低温SOFCs是其商业化必然趋势。

电解质材料是SOFCs的关键材料。

对用于中低温SOFCs电解质材料的研究现状和进展进行了论述，并着重介绍了近年来受人们广泛关注的磷灰石型电解质材料。

阐述了SOFCs电解质材料的研究趋势。

关键词：固体氧化物燃料电池；电解质材料；磷灰石；氧离子电导中图分类号：TM 911.4 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)01–0145–06RESEARCH PROGRESS OF ELECTROLYTE MATERIALS FOR SOLID OXIDE FUEL CELLSTIAN Chang'an1,2,3，ZENG Yanwei2，YIN Qiyi1,3，SHAO Guoquan1，ZHANG Quanzheng1,3，CHENG Jihai1,3(1. Department of Chemistry and Materials Engineering, Hefei University, Hefei 230022; School of Materials Science andEngineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009; 3. Powder and Energy Materials Lab,Hefei University, Hefei 230022, China)Abstract: Solid oxide fuel cells (SOFCs) as power generation systems have attracted much attention due to their many advantages in terms of high efficiency, fuel adaptability, low pollution and expedient operation. Developing intermediate-low temperature SOFCs is the inevitable next step for the large-scale commercialization of SOFCs. The electrolyte material is the key factor to determine its progress. In this paper the latest research advances and development trends in solid electrolytes for intermediate-low temperature SOFCs have been analytically reviewed, with special emphasis on apatite-type electrolytes, which have attracted increasing research interest in recent years. Future trends about electrolyte materials have also been discussed.Key words: solid oxide fuel cell; electrolyte materials; Apatite-type; oxide ionic conductivityThere is an urgent requirement for the development of environmentally friendly and efficient processes for elec-tricity generation to overcome the consequences of di-minishing fuel reserves and increasing greenhouse gas emissions. Solid oxide fuel cells(SOFC) have been at-tracting considerable interest in recent years for this rea-son.[1–3] SOFC systems required oxygen-conducting elec-trolytes and at present, the most common electrolyte is yttria stabilized zirconia (YSZ). This compound exhibits high oxide ion conductivity at elevated temperatures (850–1000). However, this high wor℃king temperature causes problems in terms of materials selection and life-time. One solution is to develop new oxide ion conduc-tors that exhibit high oxide ion conductivity at intermedi-ate temperatures (600–800).℃ Recently, many new elec-trolyte materials have been found and studied. In this paper, the latest advances and development trends in the field of the research of electrolytes have been re-viewed.[1,3–6]1 CeO2 -based electrolytesRecently, doped CeO2 has received much attention as an electrolyte with high ionic conductivity and low acti-vation energy.[3–4] CeO2 has a fluorite structure that is the same as the traditional electrolyte material YSZ; however, pure CeO2 is not suitable to be used as an electrolyte ma-terial because of its low ionic conductivity. But when it is doped with alkaline earth oxides or rare earth metal ox-ides of the appropriate concentrations, oxygen ion va-cancy is introduced, the ionic conductivity of CeO2 is enhanced remarkably and CeO2 becomes a good oxide收稿日期：2008–08–21。

固体氧化物燃料电池的研究进展随着能源消耗和环境污染日益严重，人们对可再生能源和清洁能源的需求日益增加。

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换技术，已成为能源研究的热点。

SOFC能够将化学能转换为电能，具有高效率、低污染和高稳定性等特点，可以应用于汽车、发电、储能等领域。

本文将从SOFC的基本原理、核心技术、研究进展及应用前景等方面进行详细介绍。

一、SOFC的基本原理SOFC是一种高温燃料电池，其基本原理是将燃料在阳极（负极）侧氧化成氢离子和电子，电子通过外电路流回阴极（正极）侧进行还原反应，同时生成电流。

整个过程可以表示为：Anode: H2+O2- → H2O+2e-Cathode: O2+4e-+2H2O → 4OH-Net: H2+1/2O2 → H2O其中，燃料可以是氢气、天然气、煤气、甲醇等，氧化剂为空气或氧气。

SOFC的工作原理是基于某些金属氧化物在高温下能够导电的特性。

SOFC中的固体电解质通常采用氧化硅（YSZ）、氧化铈（SDC）、氧化钙稳定氧化锆（CSZ）等材料，其导电性能随温度升高而增强。

在高温下，固体电解质可以导电，并能将氧离子从阴极侧传输到阳极侧，形成OH-或O2-。

这些离子在阳极侧与燃料的微观反应可以产生电子和水分子。

电子从阳极侧通过外电路流回到阴极侧，与来自氧气的氧离子结合，形成水分子，同时也释放出了电能。

二、SOFC的核心技术SOFC的核心技术主要包括：1. 固体电解质的制备技术固体电解质是SOFC的关键组件，其质量对电池性能具有重要影响。

固体电解质的制备技术主要包括化学溶胶凝胶法、高温共轭烧结法、气相沉积法、电沉积法等，其中最常用的是化学溶胶凝胶法。

该法具有成本低、制备工艺简单等优点，并且可以制备出高质量的电解质。

2. 电极制备技术SOFC的电极包括阳极和阴极，其制备技术对电池性能也具有重要影响。

阳极的主要成分为氧化物、金属、碳等，阴极的主要成分为氧化物、稀土元素等。

固体氧化物燃料电池的发展趋势固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种高效环保的能源转换技术。

与传统的化石燃料发电技术相比，SOFC 具有更高的能源转换效率、更低的污染排放、更广泛的燃料适应性和更长的使用寿命。

随着SOFC技术的不断发展，SOFC的应用范围和市场前景也不断扩大。

本文将从几个方面分析SOFC的发展趋势。

一、技术发展1.燃料电池系统集成技术的提升SOFC系统包括燃料电池、储氢罐、电子控制系统等多个组成部分。

随着技术的发展，系统模块化程度逐渐提高，各部分之间的协同作用也日益完善，SOFC的整体性能得到了大幅提高。

2.材料研究进展SOFC的基本材料包括电解质、阳极和阴极。

研究人员通过改变材料配方、改进制备工艺等方法，不断探索全新的材料，以提升SOFC的性能。

例如，通过改进阴极的电子输运性能，SOFC的发电效率得到了提高。

3.热管理优化SOFC在使用过程中产生的高温会导致系统中的材料老化、降低使用寿命。

研究人员通过优化热管理技术，如加装隔热材料、降低系统排气温度等，以达到减轻高温对系统影响的目的。

二、应用领域1.清洁能源发电SOFC以其高效、环保的特点，逐渐成为清洁能源发电领域的热门技术。

在国家政策和市场需求的推动下，SOFC产业逐渐完善，SOFC系统的价格和使用成本也逐步降低。

未来，SOFC有望在数字化和智能化发电领域得到更广泛的运用。

2.能源储存与转换SOFC可应用于能源储存与转换领域，例如将光能或风能直接转换为电能存储，或将生物质等可再生资源转化为高品质能源。

通过结合SOFC技术，实现能源的高效转化和利用，可有效促进可再生能源发展。

3.移动式能源源SOFC的高能量密度和长寿命特点使其成为可移动式能源源的首选。

例如，SOFC可用于汽车、火车、飞机等交通运输工具中，或用于军队、紧急救援等场合的能源供给。

三、市场前景SOFC作为一种清洁、高效、可靠的能源转换技术，未来在市场的发展前景十分广阔。

2021年第2期广东化工第48卷总第436期 · 63 · 中低温固体氧化物燃料电池电解质研究进展吴儒彬，杨琳*，陈承淼，雷锦成，罗伟浩(江门职业技术学院，广东江门529000)[摘要]固体氧化物燃料电池的中低温化是其商业化的关键所在，而在中低温度下具有高离子电导率等优良性能的电解质材料成为当今的研究热点。

本文中阐述了各种电解质的导电机理、性能和研究现状，讨论了它们的优缺点和应用，且指出了中低温电解质材料的发展方向和亟待解决的问题。

[关键词]固体氧化物燃料电池；电解质；离子电导率[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)02-0063-02Research Progress of the Electrolyte in Medium or Low Temperature Solid OxideFuel CellWu Rubin, Yang Lin*, Chen Chengmiao, Lei Jincheng, Luo Weihao(Jiangmen Polytechnic, Jiangmen 529000, China)Abstract: The medium and low-temperature trend of solid oxide fuel cells is necessary for its commercialisation, and the electrolyte materials with excellent properties such as high conductivity at low and intermediate temperatures, which have become the focus of research. In this paper, the mechanism, and research status of various electrolytes are described, and their advantages, disadvantages as well as their applications are discussed. The development direction of low-intermediate temperature electrolyte materials and the problems to be solved are pointed out.Keywords: SOFCs；electrolyte materials；ionic conductivity1 引言19世纪William Grove发明了氢-氧燃气电池，后经Charles Langer和Ludwig Mond发展改良并将其命名为“燃料电池”，自此燃料电池技术便引起科研人员的关注，被认为是最有发展前途的发电技术。

电解质在固体氧化物燃料电池中的传输行为研究随着我国经济的快速发展和人口的不断增长，能源需求急剧增加，传统的石油、煤炭等化石能源正在逐渐枯竭。

为了保证国家的能源安全，促进清洁能源的发展，燃料电池这种新型能源技术日渐受到重视。

其中，固体氧化物燃料电池被认为是未来发展最有前途的一种燃料电池技术。

电解质在固体氧化物燃料电池中起到非常重要的作用，其传输行为研究是固体氧化物燃料电池研究的核心之一。

一、固体氧化物燃料电池简介固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、环保的能源转换系统，以固体氧化物电解质为核心，将氢气或一氧化碳与氧气化学反应，产生电能和热能。

与传统的燃煤发电相比，固体氧化物燃料电池具有高效、低污染、静音、无震动等多重优点，是一种理想的新型能源技术。

二、电解质在固体氧化物燃料电池中的作用电解质是固体氧化物燃料电池的核心部件之一，它是由氧化物组成的固体薄膜，具有高离子传导性能。

在燃料电池正常工作时，电解质中会形成负离子空位，这些空位会传输到阳极反应区，与燃料中的离子产生反应，释放出电子，然后电子在外部电路中流动，最终回到阳极反应区，与氧气中的离子和负离子空位结合，形成氧分子。

这个过程中，电解质起到了离子传输的关键作用。

三、电解质传输行为的研究电解质在固体氧化物燃料电池中的传输行为是影响燃料电池性能的重要因素之一。

电解质的传输行为涉及到多个方面，包括离子传输、氧化物扩散、热传导等。

近年来，研究者们采用多种方法对电解质的传输行为进行了广泛的研究。

1. 离子传输行为研究离子传输是固体氧化物燃料电池中的核心过程之一，研究离子的传输行为对于优化燃料电池的性能非常重要。

离子传输主要是指电解质中氧化物离子或质子的自由扩散和迁移，这个过程中涉及到多种因素的影响，包括电场、浓度差、温度等。

在研究离子传输过程中，常用的研究方法有阻抗谱、电导率测量、电势梯度等。

2. 氧化物扩散行为研究电解质中氧化物的扩散行为也是影响固体氧化物燃料电池性能的重要因素之一。

固体氧化物燃料电池电解质材料的发展趋势徐旭东1，2，田长安1，尹奇异1，程继海1( 1．合肥学院化学与材料工程系，合肥 230022; 2．北京航空航天大学物理学院，北京 100191)摘要: 本文综述了近年来用于固体氧化物燃料电池( Solid oxide fuel cells，SOFCs) 的面心立方萤石型、立方钙钛矿型和磷灰石型结构电解质材料在国内外的研究进展情况，并简要介绍了 SOFCs 电解质薄膜制备工艺的研究情况，最后对电解质材料中低温化的发展趋势进行了展望。

关键词: 固体氧化物燃料电池; 电解质; 薄膜工艺中图分类号: O643 文献标识码: A 文章编号:1001-1625( 2011) 03-0593-041 引言固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的新型、洁净的发电装置，具有高效、便捷、环境友好和实用性强等优点，在能源、化工、环境、交通和航天等领域有着极其广泛的应用前景［1］。

目前，SOFCs 的中低温化是 SOFCs 商业化发展的关键，研究表明使用具有高氧离子电导率的电解质材料以及电解质材料的薄膜化是实现 SOFCs 中低温化的主要途径［2］。

在 SOFCs 工作过程中，电解质起着传递 O2-和隔离空气与燃料的双重作用，电子经电解质由阳极流向阴极，O2-由阴极流向阳极，电解质是连接燃料电池阴阳极的桥梁［3］。

面心立方萤石型、立方钙钛矿型和磷灰石型结构氧化物是目前常见的具有高离子电导率的电解质材料。

本文在对以上三种结构类型电解质材料的国内外研究情况进行综述的基础上简要介绍电解质薄膜制备技术近几年的发展情况，最后对电解质材料的发展趋势进行展望。

2 萤石型电解质萤石型电解质主要有 ZrO基和 CeO基氧化物两类。

其中，ZrO是人们研究较早的一种电解质材料。

纯的 ZrO2氧离子电导率低，不能直接作为电解质材料。

为获得高的离子电导率，通常在 ZrO2中掺杂不同量的低价氧化物( MO 或 M2O) 使之发生的反应方程式如下:由上反应式可看出，掺杂的低价阳离子占据了主相离子点阵位置，产生大量的氧空位等缺陷，使 ZrO2基氧化物氧离子电导率增大［4］。

固体氧化物电池电极材料的研究进展摘要：本文主要综述了固体氧化物燃料电池的阴极材料的基本要求及制备方法，主要有高温固相法、溶胶－凝胶法、燃烧合成法等；介绍了近年来电池中电解质薄膜的制备工艺，并讲述了各种电解质薄膜化技术的制备原理及各自的优缺点；还介绍了Ni基陶瓷阳极性能优化和解决积炭的方法。

此外，还对SOFCs阴极、阳极和电解质材料的发展前景进行了展望。

关键词：制备方法；SOFC；阴极材料；阳极材料；电解质薄膜1前言化石燃料过度消耗所引发的能源危机和环境污染，引发了可再生能源和新型储能转换系统的蓬勃发展[1]。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种以离子导电氧化物为电解质的高温燃料电池[2],能够将化学能直接转化成电能，而无需热能的中间转换[3]，受到了研究者的广泛关注。

固体氧化物燃料电池跟其他电池一样，主要由电解质、阴极、阳极三部分组成。

要实现电池高效工作，各组件材料的性能很关键。

根据工作原理可知，电解质材料必须致密以防止气体泄漏，且具有很高的离子电导；电极材料一般为多孔结构，其具有高的混合电导，同时热膨胀系数与电解质材料接近；阴极材料需要对电极反应具有高的催化活性，若使用碳基燃料，阳极材料要具有足够好的抗积碳性和稳定性 [4]。

电池材料的制备工艺对性能有着决定性的作用。

因此，本文就燃料电池的阴极、电解质材料、阳极材料的制备方法及其研究进展作一下介绍。

2 阴极材料的制备（1）高温固相法： FU[5]以Sm2O3, SrCO3等作为起始原料，采用乙醇湿法混合，球磨后，在1000℃煅烧4h，再球磨20h制备Sm0.5Sr0.5Co0.4Ni0.6O3-δ阴极粉末。

（2）溶胶－凝胶法：在分子水平上将原料混合、反应，一般得到纳米级产物，产品均一性强且活性高，如JIN等通过溶胶凝胶法制成Ba1.2Sr0.8CoO4+δ粉末。

（3）燃烧合成法：研究者利用硝酸盐易于低温热分解来制备纳米阴极材料粉体。

GAO等[6]通过甘氨酸－硝酸盐法制备La1-xSrxNiyFe1-yO3-δ。

固体氧化物燃料电池LCO基质子传导电解质及相关材料研一、背景介绍固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效清洁的化学能转换设备，能够将化学能转换为电能。

它是一种高温电化学装置，其工作温度通常高达800℃-1000℃。

其中，基质型固体氧化物燃料电池（MS-SOFC）是目前应用广泛的一种，其电解质通常为基于氧化物的材料，如二氧化钇稀土复合物、镁铝尖晶石等。

然而，由于传统氧离子传导电解质的结构缺陷导致其低的稳定性和较高的温度，因此近年来，研究者们开始将注意力转向基质型固体氧化物燃料电池中的质子传导电解质（PEM-SOFC）。

与氧离子传导电解质相比，质子传导电解质具有更高的稳定性和较低的温度，使得固体氧化物燃料电池更加高效。

LCO（La0.5Ca0.5Cr0.5Ni0.5O3-δ）是一种钙钛矿型的共沉淀合成氧化物，具有优异的质子传导性能和稳定性，被广泛应用于基质型固体氧化物燃料电池中的质子传导电解质。

此外，还有一些相关的材料，如GDC（Gd0.1Ce0.9O1.95）和YSZ（Zr0.92Y0.08O1.96）等，也被广泛研究和应用。

二、LCO基质质子传导电解质的研究进展1. 合成和制备LCO基质质子传导电解质的合成方法通常包括共沉淀法、混合氧化物法、固相反应法等。

其中，共沉淀法是一种常用的合成方法，它具有制备简单、成本低廉等优点。

可以将LCO、稀土元素（如Ce、Gd等）和其他金属（如Fe、Co等）的盐按照一定的配比溶解在反应液中，然后慢慢加入氨水或氢氧化钠等碱性溶液，在室温下沉淀出LCO基质复合氧化物，随后进行干燥和煅烧即可。

另外，还可以通过溶胶-凝胶法和电沉积等方法来制备LCO基质材料。

2. 微观和宏观结构LCO基质质子传导电解质的微观和宏观结构与其传导性能密切相关。

通常情况下，其结构可以由XRD、SEM、TEM等技术来表征。

研究表明，LCO基质质子传导电解质的晶体结构主要是钙钛矿结构，并且可以通过调节合成条件来控制晶粒大小和分布。