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1.2导电陶瓷的概述

众所周知,陶瓷在正常情况下不能导电,是性能非常好的绝缘材料。这是由于在陶瓷材料中,原子核对电子的吸引力比较高,电子不容易脱离原子核的吸附去产生电流。但是,有一些比较特殊的陶瓷在加热的条件下,原子最外层的电子可以获得足够的能量,从原子核的引力中产生电流。燃料电池是利用了导电陶瓷的这一特性。

SOFC作为第三代燃料电池气体燃料和气体氧化剂与电解质发生反应以产生电能。与其它的燃料电池相比，SOFC的优点主要有：①使用固态电解质，表现出更好的性能；②燃料应用范围十分广范，富含氢的气体均可使用；③质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其工作温度低，使用CO气体做燃料的时候，易对贵金属电极产生毒化作用，但是SOFC没有这方面的需求，一是它不需要使用贵金属电极，在一定程度上降低了成本，二是对气体燃料的选择也比较宽泛。除以上优点之外，最大的优点是它的最终产物是水蒸气，清洁无污染。

由于SOFC所具有的这些优势，越来越多的学者开始深入的对其进行研究。开始在燃料电池研究领域得到更深入的研究。虽其优点较多，但仍然存在一些问题需要进一步解决和改善，以更好地利用燃料电池的优越性为社会服务：

（1）燃料通常是易燃易爆的气体，极具危险和破坏性，需要建立统一的供给系统，保证足够的安全性和规范性；

（2）SOFC本身电池内部存在着损耗，在一定程度上降低了电池工作效率；

（3）在电池的某些部位需要采用贵金属，造成成本过高，限制了SOFC商业化的发展；

1.2.1燃料电池的工作原理

单芯片SOFC电池通常由多孔阳极制成，致密电解质，多孔阴极[7]三层结构。电极的多孔结构的主要作用是更好地吸附气体，气体催化反应和电流传导提供主要的地位;致密电解质吸附在阳极和阴极中，使用浓度差异来进行氧离子传输，反应得到电子流，并通过外部电路产生电流，因此重复。H2用作气体燃料，O2用作气体氧化剂。工作原理如1-1所示：

由反应生成的电子通过外部电路返回到阴极，从而形成电源电路。可以通过以下公式计算运行过程的电压U0，即：

ΔG——电化学反应的自由能之差；

ΡO2(c)——阴极的氧气分压；

1.2.2燃料电池的结构设计

由SOFC的发电原理可以得出，SOFC单电池结构简单，在设计与制作上相对比较简单，但通过理论计算发现，SOFC单元电池电压低，实际应用仍非常困难，这需要电池的设计和连接，所以对堆栈结构的研究的发展，也就是，以串联的方式与单单元组装的并行方式。而现阶段研究中,常见的燃料电池类型有管状的、扁平的、波纹状的和微管状的。两个最基本的固体氧化物燃料电池的设计是管状和板式。

表1-1管式及平板式SOFC的特性[8]

1.3SOFC组件的选材要求

SOFC的重要构成的结构分别为阴极、致密的氧化物电解质、阳极及连接体四部分，如下图所示，其中阴极部分和连接体之间为接触材料：一种阴极接口接触材料，在连接体和阴极之间分布，以确保连接体和阴极之间的更好的导电接触。

在燃料电池的运行过程中，燃料电池的组成部分，为了满足特定的要求，以达到完成功能所需的电池，所要求的性能的具体部分如下：

（1）阳极材料阳极是反应场所，在阳极，气态燃料会接收到氧离子，生成水并释放电子。材料

选择需要满足以下特点:①电子导电性能良好的离子，有效转移电子穿过浓密的电解质链接器；②多孔结构，可以吸附的气体燃料；③更好的稳定性和化学兼容性；④适当的热膨胀系数CTE(热膨胀系数)，以确保热匹配与金属连接器。 (责任编辑：qin)