《新能源技术与材料》第11章固体氧化物燃料电池关键材料.pptx

固体氧化物燃料电池关键材料KeymaterialsforSolidOxideFuelCells1

2报告大纲：1固体氧化物燃料电池的背景及其工作原理；2固体氧化物燃料电池的基本材料；3固体氧化物燃料电池的电解质材料。

3什么是燃料电池（Fuelcell)?燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成。其工作原理与普通电池（Battery）类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。燃料电池是一类将燃料化学能直接转化为电能的能量转换装置。燃料电池的概念是1842年W.R.Grove提出的，至今已有大约170年的历史。燃料氧化剂阳极阴极电解质导电离子

4固体氧化物燃料电池熔融碳酸盐燃料电池磷酸燃料电池聚合物离子膜燃料电池碱性燃料电池燃料电池分类

5SOFC优缺点优点燃料适应性广非贵金属催化剂高品质热全固态高功率密度缺点高温材料问题：密封材料、连接板材料等密封和连接技术问题固体氧化物燃料电池（solidoxidefuelcell--SOFC）Fuelflexibility

1.固体氧化物燃料电池的工作原理6L.D.Fan,J.PowerSources234(2013)154-174

1.固体氧化物燃料电池的工作原理开路电压(open-circuitvoltage)7

2.固体氧化物燃料电池的关键材料IntactcellcathodeelectrolyteanodeporousdenseporousY.Ma,Adv.Mater.22(2010)1640-16448

2.固体氧化物燃料电池的关键材料典型材料cathodeLa0.8Sr0.2MnO3-xLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-xelectrolyteY0.08Zr0.92O2-xSm0.2Ce0.8O2-xanodeNickelDoped-SrTiO39

2.固体氧化物燃料电池的关键材料基本要求Cathode/airelectrodeAnode/fuelelectrode10

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料固体电解质是SOFC最核心的部件?，用于传导氧离子和分隔燃料与氧化剂。?决定着SOFC的工作温度以及与之相匹配的电极材料11

电解质材料电解质材料必须满足以下条件：高的氧离子电导率和可以忽略的电子电导率在氧化和还原气氛中具有良好的稳定性能够形成致密的薄膜足够的机械强度和较低的价格等12

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料OxygenionconductivityofselectedoxidesV.V.Kharton,SolidStateIonics174(2004)13513

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料电解质萤石ZrO2CeO2钙钛矿LaGaO314

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料-ZrO2basedY2O3dopedZrO2300℃15

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料-ZrO2basedIn1899,NernstdiscoveredthatZrO2with15m%Y2O3wasasolidoxideionconductor.In1937,thefirstSOFCoperatingat1000℃wasbuiltwithZrO2-15m%Y2O3aselectrolyte.HistoryUntilnow,8mol%Y2O3dopedZrO2(8YSZ)isstilldominantamongelectrolytes.O.Yamamoto,ElectrochimicaActa45(2000)2423-243516

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料-ZrO2based8%(mol)Y2O3稳定的ZrO2（YSZ）是SOFC中普遍采用的电解质材料，其电导率在950C下约为0.1S/cm。虽然YSZ的电导率比其他类型的固体电解质小1-2个数量级，但它有突出的优点：在很宽的氧分压范围呈纯氧离子导电特性，电子导电和空穴导电只在很低和很高的氧分压下产生。因此，YSZ是目前少数几种在SOFC中具有实用价值的氧化物固体电解质。17

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料-CeO2based为了适应中低温操作的需求Gd2O3,Sm2O3,Y2O3……dopedCeO218

3.固体氧化物燃料电池的电解质材料-CeO2basedCe(IV)+eCe(III)低的开路电压T.Suzuki,SolidStateIon.151(2002)111-12119

3.固体氧化物燃料电池的电解质材