毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1. 引言

燃料电池研究开发的历史可回溯到1839年^[1]，经历了聚合物电解质燃料电池(PEFC)、碱性燃料电池( AFC) 、磷酸燃料电池( PAFC ) 、熔融碳酸盐燃料电池( MCFC)后,在20世80年代发展起固体氧化物燃料电池(SOFC)。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一类可以将燃料气体的化学能直接转换为电能的电化学反应器^[2]。固体氧化物燃料电池SOFC电催化剂不需采用贵金属，可以直接采用天然气、气化煤气和碳氢化合物等非氢气体作燃料，燃料适应性强，无腐蚀全固态结构，简化了电池系统，固体氧化物燃料电池燃料不用燃烧产生电，只要有燃料就可以发电，环境友好、无污染，低噪音。固体氧化物燃料电池排出的高质量余热可以与燃气轮机、蒸汽轮机等设备组成联合循环发电系统。热力学分析表明，SOFC发电系统的总效率可达到80%。是最有效的产生电能的方式之一，可用于靠近用户的分散配置的热电联供电站和远离用户的大中型中心电站，也可用于驱动车船的移动式电源。

2. SOFC工作原理

SOFC单电池由阳极、阴极及电解质组成。工作原理如图2.1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，燃料气体首先通过扩散等传质过程迁移至电极电催化剂， 解离为H原子，吸附的H原子在电极电位的推动下发生电化学反应转变为质子，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^[3]。

图2.1, SOFC 的工作原理

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

式中：R摩尔气体常量；

T热力学温度；