毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1引言

燃料电池( fuel cell，FC)是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发生器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高，且污染低、无噪音。相对传统的供电装置具有很多优越性，进入21世纪以来燃料电池的研究发展迅猛，并已初步进入商业化阶段。目前研究进展较快的FC是直接甲醇燃料电池( DCFC )、质子交换膜燃料电池( PEMFC )、固体氧化物燃料电池(SOFC)^[1]。

SOFC是通过电化学反应将化石燃料中的化学能直接变成电能的一种发电装置。因为它工作温度高，废热可以作为热源供给联合发电系统的其他部分使用，实现热电联产，有效地提高了整个发电系统的效率，并且能量转化效率是所有燃料电池中最高的(可高达70%以上)；由于运动部件很少，工作时安静；又因为采用全固态结构，无酸碱腐蚀性物质包含在电池中，电池的污染排放极低，因而被称之为21世纪的一种绿色发电技^[2]。此外，SOFC不仅可以使用纯氢燃料，还可以使用资源丰富而且经济的天然气、液化石油气作为燃料，实现低成本的运行^[3]。

2 SOFC工作原理

SOFC单电池由多孔的阳极、多孔的阴极以及两极之间致密的电解质组成。工作原理如下图1所示，阳极的电化学反应主要发生在阳极、电解质和气体三相反应界面，在阳极一侧持续通入燃料气体，如氢气、天然气、煤气等碳氢化合物，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质界面。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气，在阴极催化作用下，发生氧还原反应，使O₂得到电子变为O^2-，然后在化学势的作用下，O^2-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，最终到达电解质与阳极的界面，阳极生成的质子与从阴极传输过来的氧离子在电解质表面结合生成水，失去的电子通过外电路回到阴极，从而实现化学能到电能的转换^[4]。

图1 SOFC 的工作原理

固体氧化物燃料电池就是一个氧浓差电池，其电驱动力或热力学电动势由能斯特(Nernst)方程给出