表格 1。1 几种常见燃料电池的比较

种类 SOFC MCFC PEMFC DMFC

发电效率 55-55% 40-50% 40% ＜40%

能量利用率 70~80% 60~70% 50% ＜40%

使用燃料 天然气，煤气等 天然气，煤气等 纯氢气 甲醇

工作温度 650~1000℃ 600~700℃ 25~100℃ 25~100℃

发电规模 大中 大 中小 小

研究重点 工作温度中低温化；制作成本低廉化 提高性能、延长寿命 抗CO中毒催化剂的开发；降低贵金属催化剂用量 降低贵金属催化剂用量、提高稳定性

1。1 固体燃料电池（SOFC）

1。1。1 固体燃料电池的原理及其特点

固体氧化物燃料电池单电池主要由多孔的阴、阳极，致密的固体氧化物电解质层等组成。致密的电解质层起着传导氧离子和分隔燃料气和氧化气的作用；多孔的阴、阳极是气体催化裂解的主要场所[12]。固体氧化物燃料电池根据电解质传导离子的不同，分为氧离子传导型和质子传导型两类。氧离子传导型固体氧化物燃料电池工作原理如图1。1所示：在阴极(空气电极)上，氧分子扩散到阴极电解质界面附近，吸附解离，并与外电路输运来的电子结合，形成氧离子；氧离子在化学位驱动力(氧浓度差)的作用下，通过致密的电解质的氧空位定向跃迁，迁移到电解质阳极界面(燃料电极)：同时在阳极侧，燃料气在阳极材料的表面催化裂解，形成H及其它低碳化合物，进而与氧离子发生反应并释放出电子，电子通过外电路回到阴极从而实现对外供电[13]。对于质子型SOFC，氢气在阳极侧反应得到质子，通过电解质传输到阴极侧，与空气反应生成水。本论文研究均基于氧离子传导型SOFC，对质子型的SOFC不做过多介绍。

 图 1。1  固体氧化物燃料电池原理示意图

相应的电化学反应表示如下： 阴极：O2+4e-→2O2-    阳极：H2+O2-→H2O+2e          CO+O2-→CO2+2e                CH4+O2-→2H2O+CO2+8e

SOFC的全固体封装结构和高操作温度使其具有独特的有点：全固态结构，避免了液态电解质所带来的易腐蚀和易流失等问题；高操作温度（600-1000℃），提高了电化学反应速率，降低活化级化电势，并且不需要用Pt等贵金属作催化剂；燃料适用范围广，可以直接用天然气、煤气等碳氢化合物作燃料；电池的高温废气和冷却水是良好的热源，可以为周围的住户、设备所利用，是最佳的热电连供系统（combined heat and power system），体系总效率可高达85%，极大地提高了燃料的利用率；电池的高温废气还可以用来驱动涡轮机等发电，进一步提高电能的输出功率[14],[15];积木型强，规模和安装灵活等。