文 献 综 述

1. 引言

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC) 是一种把燃料的化学能直接转化为电能的装置，具有能量转换效率高，环境友好，燃料适用性强以及全固态结构等优点。第一台SOFC装置由Baur与Preis于1937年演示成功，至今已有70多年的历史^[1-5]。近几十年来，在能源需求急剧上升、环境问题日益突出的背景下，SOFC的优点逐渐为研究者所重视，成为热点研究课题，各国政府及相关科研单位都投入了大量的人力、物力进行研究，取得了相当多的成果，也建成并运行了许多示范性的SOFC系统，然而至今为止，固体氧化物燃料电池仍然没有大规模的商业化。究其原因，主要有一下两个方面：1）材料及制备成本仍然与其他发电方式有较大的差距；2）长期工作稳定性仍然不够，性能衰减过大。

本文针对电解质薄膜的制备方法进行了简要的综述，比较各种方法的优缺点及其商业化前景，为课题实验方案的制定提供借鉴。

2. SOFC工作原理

在目前所开发出的多种燃料电池中，固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell，SOFC）从原理上讲，是最为理想的燃料电池类型之一。一个SOFC电池单体的基本组成为阳极、电解质、阴极以及连接材料几部分。以氧离子传导型SOFC为例，其工作原理为氧气在阴极被还原成O^2-离子：

O^2-离子穿过固体电解质达到阳极，与阳极上的燃料气（如H₂、CO、CH₄等）反应，释放出电子，电子则通过导电的连接材料传导至外电路做功，最后又回到阴极。

3. 电解质薄膜制备方法

3.1 化学方法

化学方法包括化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)^[6]、电化学气相沉积 (Electrochemical Vapor Deposition, EVD)^[7]、溶胶#8211;凝胶法 (Sol#8211;gelroute)^[8]、喷雾热解法(Spray pyrolysis method)^[9]等。

化学气相沉积^[6]是利用气态物质在固体表面发生化学反应生成固态沉积物的方法。其过程如下：反应气体输运到基底表面，被基底表面吸收，发生化学反应形成固态产物。其优点是便于制备各种单质或化合物材料及各种复合材料的薄膜，制得的薄膜纯度较高、致密性较好。CVD方法特别适用于在其它各种复合材料的薄膜沉积。Chour 等人^[10]利用含有Zr和Y离子的丁醇为前驱体材料，以烧结的氧化铈为基底，沉积 4h，得到YSZ薄膜的厚度为 5micro;m。经 1300℃烧结 10h后，制得的电池在 650℃时开路电压达到 0.93V。CVD方法的缺点是反应温度较高，反应过程中存在腐蚀性气体(如卤素化合物)，沉积率相对较低。