CO+ O2-→CO2+2e

电池总反应：2H2+ O2→2H2O

            2CO+ O2→2CO2

图1-1 SOFC反应示意图

燃料气体输入电池阳极经过氧化反应生成阳离子并释放电子到外电路，氧化

剂气体输入电池阴极接受外电路传输过来的电子而经过还原反应产生氧离子，电子流产生了直流电流，与此同时，氧离子通过陶瓷电解质扩散到阳极与阳离子发生反应生成产物水。

1.2.2 固态氧化物燃料电池的极化损失

极化是一种电压损失或者过电位。其大小与电流密度相关的。根据电池中有限的电流所发生现象的不同，极化可以分为三个部分。他们是欧姆极化（欧姆损失）、浓差极化与活化极化。

（1） 欧姆极化

     欧姆极化是由于参与电极反应的离子(通过电解质)或电子(通过电极和集

流器)的传导电阻和电池组件间的接触电阻而引起的极化现象，影响SOFCs欧姆极化叮。的主要因素是:电解质电阻、电极电阻、电解质与电极的界面电阻、电极与集流器的界面电阻等。

（2） 浓差极化

     浓差极化又叫扩散极化，在传质物质受到传质控制时，因反应物供给速率或生成物迁移速率小于对应的放电电流时，表现出来的极化就是扩散极化。当电极反映完全由扩散控制时，达到极限电流，此时电池电压急剧下降。浓差极化由体系传质性质决定。传质过程与温度、压力、浓度和体系的物理性质有关。在SOFC中，反应主要通过多孔电极扩散，所以电极的微观结构很重要。

（3） 活化极化

     和一般的化学反应一样，燃料电池内部发生的电化学反应都必须克服一个能垒，这个能垒称为活化能。电极反应中正是活化能的存在导致了活化极化。电极反应以一定速率进行，一般反应速率由速率控制步骤决定，要求有额外的能量来克服反应速率控制步骤的能垒，这个势能就是活化极化电势。可以通过以下几种方法来尽量降低活化极化过电位：(l)采用催化活性高的电极催化剂； (2)改善电极的微结构，增加其三相界面，相当于增加了电极反应的活性点，提高电极的催化活性；(3)尽量增加反应气体的浓度和压力，提高反应活性点的有效利用率；(4)提高反应温度。

1.2 复合阴极材料工作机理与要求

1.2.1 复合阴极材料工作机理

电极活性反应区域一般存在两种的反应方式[7]：一种是氧的解离吸附发生在电极表面，之后发生的电荷转移过程是扩散到电极、电解质和氧的三相界面后进行的；另一种同样是是氧的解离吸附在电极活性表面进行，电化学反应的发生以及带电荷的氧的产生是在通过电极表面传输到电解质之前。

作为以氧离子为导电的SOFC，O2还原成O2-是阴极的主要作用，O2-通过电解质传输到阳极。实际在阴极发生的反应没有这么简单，是通过很多体相与表面过程完成的。

1.2.2 复合阴极材料的要求

从SOFCs的结构与工作机理的角度来说，阳极(anode)、电解质(electrolyte)、：阴极(cathode)与连接体四个主要部分组成了它的完整结构。其中阴极材料是SOFCs结构中显得尤为重要，因为氧气是由阴极通过的。所以，性能优良的阴极，其导电率要高，高温热稳定要好，抗氧化性要强，还必须具有稳定化学结构、稳定的晶型及外形尺寸、多孔结构、匹配的热膨胀系数、很高的催化活能，而且还要易于加工，有了这些特性才广泛投入使用。SOFC的工作温度的下降会直接导致阴极材料极化过电位增加，同时增加界面电阻。所以，在600℃-800℃的中温环境下，阴极材料的选择成为了SOFCs研究的关键环节。现在一般选择贵金属、电子电导氧化物以及混合电导氧化物作为可用的阴极材料。但是贵金属价格高昂，不易与电解质热膨胀系数相匹配，使用起来会受到很大的局限。