2.2.4 连接体材料

电解质和电极材料一起组成三合一形式的单体电池单元，但是单体电池的功

率是有限的，为了获取大功率的电池组，必须将若干个单电池以各种方式连接在 一起，这就需要连接体材料。由于连接体材料用来连接两个电池的阳极和阴极， 它同时处于氧化气氛和还原气氛中，所以要求它的性能必须更加稳定，电子导电 率要高、离子导电率要低、致密、与其它组件的热匹配。目前只有很少几种氧化 物能够满足用作 SOFC 连接体材料，如钙钛矿结构的铬酸镧。

2.3 固体氧化物燃料电池的应用

SOFC 是第三代燃料电池，因其燃料利用效率高和环境友好的特点，具有广 阔的发展前景。

SOFC 具有的特点如下[10]：

1）全固态组件的特性保证了 SOFC 在工作时没有液体泄漏，不会对电池本 生和负载产生不良影响，因此电池可以安全稳定的运作。

2）SOFC 可以作为很多燃料气体的转换装置，并且对燃料可以进行有效控 制。氢气，烃类气体（例如甲烷）、甲醇等作为燃料。

3）SOFC 的能量转换效率高，电流密度和功率密度很高。电池工作时产生 的热量容易再利用，如果能够实现热电联供，燃料的利用效率将达到 75%以上。

4）SOFC 组件材料本身具有较高的电化学催化活性，无需使用如铂之类的 贵重金属进行催化，因此电池的成本达到有效控制。

5）没有燃烧过程、机械运动过程，因此大大降低了对环境的影响，是一种 清洁的能源。

6)建设电站时规模可以控制，可用于模块化的设计，可以灵活的安装。 起始于上世纪 40 年代的 SOFC 技术，由于受到材料限制，繁复的制备方法，

连接封装技术落后等因素的限制，研究工作迟迟不能推进。到上世纪 80 年代初， SOFC 已开始自称体系，单体电池各组件的研究成为新能源的研究热点。欧美国 家和日本对能源产业进行了大量的投资，使得 SOFC 商业化进程大大推进，可见 其重视程度。来!自~优尔论-文|网www.youerw.com

第一个管式结构 SOFC 诞生于 1960 年，该电池由多孔氧化铝和复合氧化锆 来支撑。具有很薄的电解质和电极，这是因为采用了化学气相沉积法的缘故。美 国 Westinghouse Electric 公司和一家日本能源公司共同研制出一个电池模块，该 模块的功率高达 3KW，这在当时算是很大的成功了。到了 1997 年，带有废热回

收系统的 SOFC 工作站已经在日本持续工作了 1.3 万小时。进入 21 世纪，越来 越多的国家加入了使用 SOFC 发电的行列，这使得 SOFC 发电技术迅猛发展。随 着工作压强的增加，SOFC 的发电效率也会随之增大，目前较高的效率可达 70% 左右。我国在 SOFC 的研究方面也不甘落后，多所高校和科研单位积极开展相关 工作，重中之重的研究领域就是电池的关键材料[11]。

2.4    本课题采用的研究手段

我们要制备的是中低温的固体氧化燃料电池的阴极材料，然而随着温度的降 低，会给阴极带来一系列负面影响，如极化过电位增大，极化电阻和界面电阻的 增加，因此改善阴极材料的性能是中低温 SOFC 研究的难题之一。对 SOFC 中的 阴极材料掺杂 Fe 是优化电极性能的有效方法之一。研究表明，混合电导材料比 传统的单一电导材料具有更高的电极性能。

本论文采取甘氨酸燃烧法制备阴极材料 LnBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ，并在致密 电解质基片上制备多孔阴极薄膜，研究阴极的热膨胀性能、电导率性能以及电化 学性能。