固体氧化物燃料电池SOFC漳平
发布时间:2022-08-24 11:30:33 来源:胜达五金网
固体氧化物燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池(SOFC) 2011年12月04日 来源: 一、SOFC定义及优势 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)属于第三代燃料电池,是一种等温、直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。 燃料电池的历史可以追溯到1839年,固体氧化物燃料电池的开发始于20世纪40年代,但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。 SOFC与第一代(磷酸型燃料电池,简称PAFC)、第二代燃料电池(熔盐碳酸盐燃料电池,简称MCFC))相比它有如下优点:(1)较高的电流密度和功率密度;(2)阳、阴极极化可忽略,彼化损失集中在电解质内阻降;(3)可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料,而不必使用贵金属作催化剂;(4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题;(5)能提供高质余热,实现热电联产,燃料利用率高,能量利用率高达80%左右,是一种清洁高效的能源系统;(6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极,具有全固态结构;(7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600~1000℃),加快了电池的反应进行,还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原,简化了设备。 固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型发电装置,其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等,是其广泛应用的基础。 二、SOFC组成及工作原理单体燃料电池主要组成部分由电解质(electrolyte)、阳极或燃料极(anode,fuel electrode)、阴极或空气极(cathode,air electrode)和连接体(interconnect)或双极板(bipolar separator)组成。 SOFC的工作原理与其他燃料电池相同: 早期开发出来的SOFC的工作温度较高,一般在800~1000℃。目前科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电池,其工作温度一般在800℃左右。一些国家的科学家也正在努力开发低温SOFC,其工作温度更可以降低至650~700℃。工作温度的进一步降低,使得SOFC的实际应用成为可能。 在SOFC的阳极一侧持续通入燃料气,例如:氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等,具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体,并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通人氧气或空气,具有多孔结构的阴极表面吸附氧,由于阴极本身的催化作用,使得O2得到电子变为O2-,在化学势的作用下,O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体,由于浓度梯度引起扩散,最终到达固体电解质与阳极的界面,与燃料气体发生反应,失去的电子通过外电路回到阴极。 三、固体氧化物燃料电池组 单体燃料电池只能产生1V左右电压,功率有限,为了使得SOFC具有实际应用可能,需要大大提高SOFC的功率。 可以应用的方式:将若干个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组。目前SOFC组的结构主要为:管状(tubular)、平板型(planar)和整体型(unique)三种,其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为SOFC的发展趋势。 1、管状SOFC管状结构SOFC是最早发展的一种形式,也是目前较为成熟的一种形式。单电池由一端封闭、一端开口的管子构成,如图2a所示。最内层是多孔支撑管,由里向外依次是阴极、电解质和阳极薄膜。氧气从管芯输入,燃料气通过管子外壁供给。 目前管状结构单电池已经运行了数万小时。单电池通过阴、阳极间连接形成电池堆,如图2b所示。
资料来源:彭苏萍等,物理 2004 33(2) 90~94:固体氧化物燃料电池 2、平板型SOFC 平板型固体氧化物燃料电池的几何形状简单,其设计形状使得制作工艺大为简化。平板式SOFC结构组成如图3a所示。阳极、电解质、阴极薄膜组成单体电池,两边带槽的连接体连接相邻阴极和阳极,并在两侧提供气体通道,同时隔开两种气体。 平板型固体氧化物燃料电池堆结构如图3b所示。
资料来源:彭苏萍等,物理 2004 33(2) 90~94:固体氧化物燃料电池(end)
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