总反应为：

1.3.2 SOFC 对各组件的要求

H2+1/2O2→H2O （1.3）

SOFC 包括阳极、阴极、电解质和连接体四个部分。电解质作为 SOFC 的核心部件，

其作用是将阴极还原的氧离子传送到阳极与燃料发生氧化还原反应，通常用到的电解质 一般是氧化物陶瓷材料。其基本性能要求如下[6]：

1．稳定性：电解质在氧化和还原气氛中要具备良好的化学稳定性，并且保证在常 温至工作温度范围内，晶型和外形尺寸稳定。

2．相容性：在操作温度和制作温度下，电解质不应与其他组元化学相容而发生反 应产生第二相。

3．热膨胀系数匹配：从室温到操作温度范围电解质都应该与邻近的阴极材料和阳 极材料的热膨胀系数相匹配，以避免开裂、变形和脱落，增加电池的寿命。

4.电导率：电解质的主要作用是传导氧离子。在双重气氛下，电解质要有足够高的 离子电导率和低到可以忽略的电子电导率，较高的离子电导率可以降低欧姆损失，较低 的电子电导率可以避免电池内部发生短路，不影响其输出功率和效率。

5．气密性：电解质应该致密，有效隔离燃料和氧气或空气。

萤石结构 ZrO2 基氧化物是最早发现的氧离子导体，也是技术最成熟的电解质材料， 尤其是氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，已经被广泛应用在高温 SOFC 中。然而随着 SOFC 应 用的中低温化，YSZ 已经难以满足其使用，因此几种有潜力的中温 SOFC 电解质被开发 出来，如 SDC、GDC。

阴极材料是SOFC的关键部件之一，因此成为研究的重点。要降低SOFC的工作温度 使其中低温化，首先要考虑的问题就是阴极的极化电阻。SOFC的阴极又称为空气电极， 它在氧分子转变为氧离子的过程中起催化作用，并将产生的氧离子传输到阴极与电解质 的界面上[7]。作为SOFC阴极材料，需要满足以下基本要求。①稳定性：要具有化学稳 定性、热稳定性、晶型稳定性、和外形稳定性；同时，要保证阴极材料在工作温度下不 与邻近组元发生反应，避免第二相的产生[8]。②电导率：高的氧离子电导率，既可提高 阳离子的输运速度又可提高表面反应动力学参数[9]③热匹配性：阴极材料的热膨胀系数 必须与电解质的热膨胀系数相匹配，以减少热应力，防止材料出现变形、脱落等现象[10]。

④多孔性：多孔性可以保证有足够的孔隙率，减少浓差极化，使气流快速流动并顺利参 与反应[11]。

SOFC 的阳极主要对燃料气体起催化作用，同时负责传输反应产生的电子和气体。 阳极与阴极的基本要求相似，具体可参见上文。作为阳极的材料主要有 Ni、Ag、Pt 等 金属和金属复合材料[12] ，比较广泛的运用有 Ni/YSZ、Ni/SDC。但是 Ni 基金属陶瓷会 与燃料中的碳和硫等元素发生反应，使 Ni 中毒失去催化活性，有研究者研究 Co、Cu、

Mn、Fe 等取代 Ni[13-14]以降低碳沉积和抑制硫中毒。

连接体在 SOFC 中主要有两个基本功能：一是分隔相邻两个单电池阴极中的空气和 阳极中的燃料气体，二是在相邻电池的两个电极之间起着导电和导热的作用[15]。连接体 材料一般分为陶瓷和金属合金两类，高温 SOFC 中使用掺杂铬酸镧钙钛矿氧化物等高温 导电陶瓷作为连接体材料，然而由于其导电和导热性能较差，使得金属合金材料作为连 接体材料成为趋势。此外，使用金属合金还可以减少 SOFC 生产成本，避免铬中毒等阴 极性能退化问题。来!自~优尔论-文|网www.youerw.com