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固体氧化物燃料电池研究进展

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ＣＨ４＋ ２ ０２— ０ ＋ ｃｏ２ ２
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据 文献 ［ ， ］ 道 ， ＯＦ ５６报 Ｓ Ｃ燃 料 电 池 具 有 如 下
特点 ：
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根 据 文 献 ［ ］ 知 电池 的 开 路 电 势 为 ： ２可
型 的 无 污 染 、 噪 音 、 规 模 和 大 功 率 的 汽 车 动 力 无 大
表 ｌ Ｆ 的 类 型 和 特 性 Ｃ
Ｔａ ｅ ｌ Ｔｈ ｎｄ ｎｄ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ｕｅ ｅ ｌ ｂＩ ｅ ｋｉ ｓ ａ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｆ ｌｃ ｌｓ
收稿 日期：０２０—０作者简介 ： ２０—６２； 迟克彬（９３）男， 珲 １７ ， 师， 现在“ 中国石油 中国科学 院” 天然气化工中试基地
事天然 气 化 工 科 研 工 作 ， 发 表 论 文 数 篇 ， 系 电 话 ： 已 联 （４ ９ ６ ４ ３ ３ Ｅ ｉ Ｃ ｉｂ １ ３ ｎ ｔ ０ ５ ） ７ ３ ４ ， ｍａ ￣ ｈｋ ＠ ６ ．ｅ。 ｌ
早 在 １３ ８ ９年 ， 国 人 Ｗ ｉｉ Ｇｒｖ 英 ｌａ ｌ ｍ ｏ ｅ就 报 导 了 Ｆ 的 原 理 ， Ｓ Ｃ作 为 一 种 高 温 燃 料 电池 ， Ｃ 但 ＯＦ 属 于 第 ３代 Ｆ 发 展 比 较 晚 ， 到 １ ３ Ｃ， 直 ９ ７年 Ｂ ｕ ａｒ
氧离 子 在 电场 作 用 下 ， 过 电 解 质 中 的 氧 空 位 迁 通 移 到 阳极 （ 料 电 极 ） 与 燃 料 （ 、 Ｏ 或 Ｃ ） 燃 上 Ｈ２ Ｃ Ｈ４
进行 氧化反应 ：
２ ２ —４ ＋２ ２ Ｈ ｏ ０ ｅ Ｈ — ２ ２ ４ ０２ —８ ＋Ｃ ａ Ｈ２ ＋ｃ ２ ｅ Ｈ — ２ Ｏ ｏ （） ２ （） ３
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和发 电设 备 ［ｔ 按 电解 质 的 种 类 可 将 Ｆ １ 。 Ｃ分 为
碱 Ｉ 氧 燃 料 电 池 （ Ｆ 、 酸 盐 型 燃 料 电 池 生氢 Ａ Ｃ） 磷
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燃 料 电池 （ Ｃ） 一 种 等 温 并 直 接 将 储 存 在 Ｆ 是 燃 料 与 氧 化 剂 中 的化 学 能 在 环 境 友 好 条 件 下 高 效
（ ０ ～７ ％ ） 转 化 为 电 能 的 装 置 ， 是 一 种 新 ５％ ０ 地 也
（ ＡＦ 、 Ｐ Ｃ） 固体 氧 化 物 型 燃 料 电池 （ ｏＦ 、 融 碳 Ｓ Ｃ） 熔 酸盐 型燃 料 电池 （ ＭＣＦ 、 合 物 离 子 膜 型 燃 料 Ｃ） 聚 电池 （Ｅ Ｐ ＭＦ ） 类 型 ， 体 特 性 见 表 １３ ］ Ｃ等 具 １， 。 ４
摘要 ： 固体 氧化 物燃 料 电池 （ Ｏ ） 近几 年发 展起来 的 新 型绿 色 能 源技 术 ， Ｓ 是 以其 无腐 蚀 ， 量转 化 效 率 高 ， 能 环境 友
好 ， 料适 应性 强 和寿命 长 等 优点 ， 起许 多 国家 的重视 本 文 较详 细地 介 绍 了 ｓ Ｃ的基 本 概 念 、 燃 引 ０Ｆ 工作 原 理 和 固 体 电
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３ ８
天 然 气化 工
２０ ０ ２年 第 ２ ７卷 Nhomakorabea和 Ｐ ｅｓ 研 制 出第 一 台 Ｓ Ｃ， 而 Ｓ Ｃ 的 迅 ｒｉ才 ＯＦ 然 ＯＦ 速发 展却是在 ２ ０世 纪 ８ ０年代 初 。 目前 ， 欧美 、 在
日本 等 发 达 国 家 Ｓ Ｃ 的 Ｒ＆Ｄ 工 作 非 常 活 跃 ， ＯＦ
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第 ４期
迟 克彬 等 ： 固体 氧 化 物 燃 料 电池 研 究进 展
３ ７
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＿１， ， ， 一
专 ， 论
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综 ｌ 鲞 ｊ
迟 克 彬 李 方 伟 李 影 辉 万 书 宝 肖海 成 孔 繁 华 张 凤 华 ， ， ， ， ， ， （ ． 庆 石化 公 司研 究 院 ， 龙 江 大 庆 １３ １ ；． 庆炼化 公 司 ， 龙江 大庆 １３ １ ） １大 黑 ６７ ４２ 大 黑 ６ ４ １
图２
理 论 效 率 与 温 度 的 关 系
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Ｆ ． Ｔｈ ｌ ２ ｅｔｌ 即删 ｃ ｅ ｉｉｎ ｙ ｏ ＯＦ ｆ ｃｅ ｃ ｆＳ Ｃ
料时 ， 率 基本 不 随温 度变 化 ， 效 Ｈ２或 Ｃ 为 燃 料 Ｏ 时 效 率 随温 度 升 高 明 显 下 降 ， 即温 度 升 高 反 应 热
ＡＨ 中 转 化 为 电 能 的 比例 减 少 ， 余 以 热 量 形 式 其
排 放 出来 ， 此 用 甲烷 直 接 作 燃 料 对 提 高 能 量 利 因 用率是有利 的。
１ ２ Ｓ Ｃ特 点 ． ＯＦ
０ 一一２ ＋ｃ ２ ｅ ０— Ｃ
（） ４
电 池 总 的反 应 方 程 式 为 ：
解 质 材 料 、 极 材 料 的 研 制 ， 综 述 了 ）ｃ 国 内外 开 发 现 状 ， 望 了 Ｓ Ｃ 的 发 展 前 景 。 电 并 Ｆ 展 ＯＦ
关 键词 ： 固体 氧化 物燃 料 电池 ； 色 能源 ； 绿 固体 电解 质 ； 电极 ； 料 ； 材 进展
中 图 分 类 号 ： Ｍ １ ． ９ １４ Ｆ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １９ １ （０ ２ ０ —７０ １０ —２ ９ ２ ０ ） ４３ —８
日益 受 到 人 们 的重 视 ， 正 在 向商 业 化 发 展 。 并
＼
１ 固体 氧化 物 燃 料 电池 的基本 概 念
１ １ Ｓ Ｃ工作 原 理 ． ＯＦ
攒 ｝ 较
Ｓ Ｃ 的工 作 原 理 如 图 １所 示 ， 阴极 （ 气 ＯＦ 在 空
电极 ） 上
十４ — ｏ２ ｅ ２ （） １

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固体氧化物燃料电池的研究前沿

固体氧化物燃料电池的研究前沿

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新进展——上海硅酸盐研究所固体氧化物燃料电池进展介绍

固体氧化物燃料电池新进展——上海硅酸盐研究所固体氧化物燃料电池进展介绍

Ｉ ＯＦ 可 ， 九五” 以来持续支持 了Ｓ Ｃ的 ＯＦ 现 热 电联产 ，燃 料 利用率 高 ，能量 利 用生 物 质 气 发 电 ￣ Ｓ Ｃ 望绕 过 生 物 院 白 “
用率 高达 ８ ％左 右 ，是 一种 清洁 高效 质 利 用 中 的 收 集 瓶 颈 ， 为 广 大 农 村 提 关 键 材 料 、 关 键 技 术 研 究 ，有 力 地 推 ０ 的 能源 系统 ；其 采 用陶 瓷材料 作 电解 供 优 质 的 能 源 。 质 、阴极和 阳极 ，具有 全 固态结 构 ， 动 了该技 术 的发 展并 取得 了一 批令 人
据 王 绍 荣 研 究 员 介 绍 ， 长 期 以 鼓 舞 的成果 。但 是 、也应 该 看到 我 国
ＯＦ 加 快 了 电池 的 反 应 进 行 ，还 可 以 实 现 来 ，困扰Ｓ Ｃ 术研 发的主要问题是 对Ｓ Ｃ技术的投入 比起西方发达 国家 ＯＦ 技 多种碳 氢 燃料 气体 的 内部还 原 ，简 化 高温 密封 、冷 热 循环 、部 件材 料 的成 的投 入 还远 远不 够 ；即便 是 国 内横 向 ＯＦ 技术 的投入 比起对其 它 了设备 。利 用煤气发电的Ｓ Ｃ未来实 本 、电池 堆 的寿 命 、 以及 系 统集成 技 比较 ，对Ｓ Ｃ ＯＦ 现 大型 化 系统 后 ，可望 显著 地提 高火 术等 问题 。 问题 的解 决 既需要 科研 人 相 关能 源技 术 的投入 也 差距 甚大 。这 Ｃ 力 发 电 效 率 。 节 能 减 排 ；利 用 天 然 气 员 的努 力 、也 需 要 国家和 社会 给 以广 样 的不平衡直 接导致 了ＳＯＦ 技术 的研
被 称 之 为 ２ 世 纪 的 一 种 绿 色 发 电 技 １ 术 。 上 海 硅 酸 盐 研 究 所 王 绍 荣 研 究 员 多 年 来 一 直 坚 持 固 体 氧 化 物 燃 料 电 池 的 研 究 ，取 得 了重 重 突 破 。
固体氧化物燃料电池(SOFC)外围热管理系统研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)外围热管理系统研究进展


进程不受卡诺循环的限定，具备高效、低污染物排 放的好处，如今已有质子交换膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC )、碱性燃料 电池(Alkaline Fuel Cell, AFC).磷酸盐燃料电池 (Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC )、固体氧化物燃 料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC )(以下简称
具体因素，探讨了多孔介质燃烧器应用于SOFC系统的可行性。
关键词：固体氧化物燃料电池热管理多孔介质燃烧器
Progress of SOFC Balance of Plant (BOP)
Yang Boran, Chen Zhiguang, Qin Chaokui Gas Institute, School of Mechanical Engineering (TongJi University)
4 I城市燃气2049/03总第529期
杨博然等•固体氧化物燃料电池（SOFC）外围热管理系统研究进展
SOFC ）、熔融碳酸燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC） 5大类。PEMFC, AFC、PAFC属低温型 燃料电池，PAFC、SOFC属高温型燃料电池。
SOFC是继PAFC、MCFC之后的能量转换效率最 高的第三代燃料电池系统，除具有燃料电池的一般优 点外，还有以下特点"I： （ 1 ）对燃料的适应性强， 通过外部或内部重整可使用天然气、水煤气、液化石 油气、柴油、生物质气等多种燃料；（2）不需要利 用贵金属催化剂；（3）利用全固态组件，可实现积 木式安装，不存在漏液等安全隐患；（4）操作温度 高（600P ~ 1 000紇）,余热温度高，可实现热电联 供，提高综合利用率。上述特点使SOFC系统既能以 大型固定电站的形式进行区域集中供电，又可以小型 独立移动电源的形式进行热电联供，具有十分广阔的 应用前景叫
固体氧化物燃料电池的研究及其应用前景

固体氧化物燃料电池的研究及其应用前景

固体氧化物燃料电池的研究及其应用前景固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是指一种基于氧化物电解质的能源转换设备，具有高效率、低污染等优点，是解决能源和环境问题的重要途径。

SOFC的研究从20世纪60年代开始，经过几十年的发展，已经进入了工程应用阶段，具有广泛的应用前景。

一、SOFC的原理及特点SOFC是一种通过将氢、甲烷等燃料在电解质中氧化释放电子，并在电流作用下合成水和CO2的化学反应实现能量转换的设备。

氧化物电解质材料一般为ZrO2、Y2O3、Sc2O3等，核心部件是阳极、阴极、电解质和电极间隔等。

SOFC的输出电压高，能达到1.2V以上，而且效率高达50%-70%以上，远高于传统燃烧能源转化的效率。

除此之外，SOFC还具有以下特点：①燃料多样性，可利用天然气、甲烷、乙醇、乙烷等多种化合物；②低污染，SOFC的化学反应产物主要是水和二氧化碳，排放可控制在很小的范围内；③稳定性高，SOFC的耐久性好，可以工作数万小时而未出现显著的性能下降；④噪音低，没有传统燃烧式发电机的噪音和振动；⑤经济性好，SOFC的综合能量转化效率高，可以降低能源成本。

二、SOFC技术研究的进展随着燃料电池技术的不断发展，SOFC研究的重点逐渐由基础研究及单电池研究转向系统研究和工程应用，进展迅速。

在电解质和电极材料、微观结构及界面反应、高温氧化、堆设计和制造等方面有了很大的突破，SOFC的稳定性和耐久性得到了显著提升。

1. 电解质和电极材料电解质材料是SOFC的核心，其稳定性和离子传导率等性能直接影响SOFC的性能。

目前电解质材料主要有ZrO2、Y2O3、Sc2O3等氧化物，其中YSZ（Yttria Stabilized Zirconia）最为常用。

除此之外，还有钙钛矿型氧化物、氧化铈等新型电解质材料，其离子传导率、热膨胀系数等性能均有明显优势。

阴阳极材料是SOFC电子和离子传输的重要通道，其耐腐蚀性和导电能力等性能对SOFC的工作性能和寿命均有影响。