毕业论文课题相关文献综述

1 引言

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell ,SOFC)是一种直接将燃料气体和氧化物中的化学能转换成电能的全固体组件能量转换装置，具有多燃料适应性、能量转化率高、无腐蚀漏液、绿色无污染等优点，是继磷酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融型碳酸盐燃料电池(MCFC)后的第三代燃料电池。其研究起步比较晚，自1899年Nernst发明了固体氧化物电解质开始。1937年，Baur与Preis制造了第一个SOFC^[1-5]。

近几十年来，随着能源需求的急剧上升和全球变暖问题的日益恶化，各国政府与相关科研单位均投注了大量的人力、物力寻求新能源。在此背景下，SOFC因其优点脱颖而出，引起诸多研究者的重视与研究。目前，固体氧化物燃料电池已经取得了许多成果，也建成了许多示范性的SOFC系统^[6-11]。但传统的阴极材料锰酸锶镧（LSM）仅适用于高温条件，无法满足商业化的需求；为了实现SOFC的实用化和商业化，诸如Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ（SSC）^[12]、La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ（LSCF）^[13,14]、 Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ（BSCF）^[15]和LaBaCo₂O_{5 δ}（LBCO）^[16]等在中低温下具有较高的阴极性能的新型阴极材料被广泛研究。然而，这些阴极材料的热膨胀系数通常 2010^-6 K^-1,与电解质材料的热膨胀系数（~1010^-6 K^-1）有较大的差异，在冷热循环过程中，易发生开裂或剥落，降低电池的性能；且易发生CO₂中毒，致使阴极性能急剧下降。

本文针对SOFC（尤其是热电型SOFC）的结构与原理、阴极材料的结构与性能、阴极材料的制备方法进行了简要的综述。了解阴极材料的相关知识和研究方法，为本课题实验方案的制定提供借鉴。

2 SOFC结构与原理

SOFC的主要组成部分包括固体电解质(solid electrolyte)、阳极(anode)、阴极(cathode)、和双极连接体(interconnector)，见图1。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，见图1^[6]。

图1 SOFC结构及工作原理示意图

由于欧姆电阻的存在，燃料的部分化学能转化为热能，使得电池系统中存在温度梯度，不仅造成能源浪费，而且容易产生热应力。热电型阴极材料可以利用温度差产生热电势。因此，热电型SOFC的总电压来源于两个部分电池内部产生的电压和阴极材料因内部温差产生的热电势，即V_total=V_cell V_T。见图2^[17]。