毕业论文移动版

固体氧化物燃料电池作为相对复杂的电化学能源转换的设备，和传统的火力发电系 统相比，具有高效率、低排放、低成本、零噪音等许多优点。为了控制对传统燃料的过 度依赖、保证产能燃料足够并缩小环境破坏程度，现在能源研究的方向应为大力推动燃 料电池技术的发展，然而传统的三明治结构燃料电池 SOFC 仍然致力于研究降低电解质 厚度和提高电极催化活性，并没有试图把反应温度降下来，因此，传统的 SOFC 研究目 前取得的本质上的发展和原理上的突破仍然远远不达预期。

固体氧化物燃料电池的许多问题来自于三个部件之间的连接部位，那么，假如我们 发明出一种材料，使其拥有阴阳极和电解质的全部功能，是否就可以发明出一种单部件 的燃料电池呢？

在这个思路的引导下，2010 年，瑞典皇家工学院研制成功无电解质燃料电池

（EFFC），标志着燃料电池的一个性突破，EFFC 保留了接近传统 SOFC 的功能， 但具有完全不同的结构。与传统阳极/电解质/阴极三层结构的燃料电池相比，该电池由 单一同态层构成。该层应当同时展现出半导体特性和离子传导特性。该电池巧妙的地方 在于，当电池反应所需的氧化剂和还原剂同时供应到反应片两面时，这个电池结构将既 发挥将氧化剂催化还原的功能，又发挥将燃料催化氧化的功能。论文网

EFFC 具有如下优点：1) 单部件，结构简洁，制备简单，降低了制造成本；2) 运 行温度低，从而有效降低了电池材料成本，提高了电堆长效稳定性；3) 单部件结构降 低燃料电池的极化损失，提高燃料电池的性能。

上海硅酸盐研究所占忠亮教授，采用多孔纳米复合材料电极 SSC–LSGM，在 600℃ 低温下已经取得了 Rp =0。044 Ω·cm-2，最大输出功率密度 P = 1。46 W·cm-2 优异性能， 这一成果再次显示了纳米复合材料对燃料电池性能改进和低温运行的重要贡献和应用 潜力[1]。

而无电解质燃料电池的先驱朱斌以及他的团队，也于 2015 年在纳米复合材料肖特 基结型无电解质隔膜燃料电池的研究中取得重要进展，所制备的电池在 550℃下已经达 到 1000mW/cm-2 的功率输出[2]。

只要继续对这个新兴领域投入研究，进一步提升功率密度、继续降低反应温度或探 索出更优异的电池原料，无电解质单部件燃料电池将在未来的能源舞台上大显身手。 1。1 固体氧化物燃料电池的结构及工作原理

SOFC 的结构主要由电解质、阳极（燃料极）、阴极（空气极）和连接体（双极板） 四部分组成。

从本质上来讲，固体氧化物燃料电池的原理其实就是逆转通电–电解水的反应以产 生能量，EFFC 运行机理与所有常识中的燃料电池是一样的。三明治结构（阳极、阴极 和电解质）组成了电池：燃料在阳极进行氧化，氧化剂在阴极进行还原，催化成分又能 在两极都迅速加速电极电化学反应。EFFC 本质就是一个直流电源，其阴极为直流电的 电子回流方向，阳极是流出方向。

往电池组的电流流出向部分不断通入氧化剂，含有大量孔洞的电池片表面会吸附 O2，在阴极本身的反应促进作用下，O2 得到 e–变成为 O2–，在电势能的驱使下进入承担 电解质功能的固体氧离子导体，并在浓度梯度的作用下到达电池的固体电解质反应片– 阳极的界面，与燃料气体进行电化学反应，而失去的电子通过外电路回到阴极；于此同 时，通入电池组阳极部分的燃料气体会在其表面纳米结构间开始催化反应，持续为电路 提供电子和能量，气体则会穿透孔洞结构跑到阳极–电解质间的交界。 (责任编辑：qin)