1 引言

燃料电池的历史可以追溯到1839年, 固体氧化物燃料电池(简称SOFC)的开发则始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展[1]。目前世界上主要的燃料电池按所用电解质种类的不同可以分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(FEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)五类[2]。而在这之中，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，它是能够在中高温下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。让我们从它内部开始分析它的种种优势首先由于他使用固体电解质，与MCFC 的腐蚀性液体电解质和PEMFC 的聚合物电解质相比有更好的环境适应性，在燃料方面，它不仅仅可以用纯氢气作燃料，碳氢化合物也可以作为他的燃料，但是AFC必须使用纯氢气-氧气燃料。不但如此，固体氧化物燃料电池的制作成本有这天然的优势，因为它可以使用廉价的非贵金属作为催化剂，但是PEMFC 必须使用价格昂贵的铂催化剂。在使用时，不仅高质量的废热可供热电联用，对电力系统的开发起到相当可观的作用，而且功率密度较高，更加实用。以此看来，当下能源社会，对固体氧化物燃料电池的研究刻不容缓，为能源的有效利用提供了一条不可小觑的捷径。

本文我们所要重点研究的便是固体氧化物燃料电池阴极的制备，以及制备过程中的影响因素，最终对其的表征进行具体分析。

1.1  燃料电池简介

燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学装置[3]。燃料电池从一开始就在科学界和社会上引起广泛关注，主要因为与传统的火力发电、水力发电或核能等能量转换装置相比，它具有更大的优势，这些优势主要表现为高的能源转换效率、性能安全可靠、污染小、噪声低、环境友好、操作方便灵活、适用能力强、发展潜力巨大等。

目前世界上主要的燃料电池按所用电解质种类的不同可以分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(FEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)五类[4]。这五类燃料电池的工作原理大致可通过图1.1进行比较。

图1.1 五种类型燃料电池工作原理图

1.2固体氧化物燃料电池的工作原理

图1.1只是简明的把固体氧化物燃料电池的工作原理展现出来，下面我们详细的介绍下它的工作原理：

首先SOFC由致密的氧化物陶瓷固体电解质和两个多孔电极构成。根据电解质传导载流子的不同又分为氧离子和质子传导型燃料电池，其工作原理如图1.2所示。目前的研究工作主要集中在氧浓差电池，基本工作原理为：在阳极一侧持续通入燃料气，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体并通过其多孔结构扩散到阳极与电解质的界面；在阴极一侧持续通入氧气或空气，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，由于浓度梯度作用，最终扩散至固体电解质与阳极的界面，与燃料作用并释放出电子，电子通过外电路回到阴极。                 

图1.2  SOFC基本工作原理 （a）氧离子型 (b)质子型

1.3固体氧化物燃料电池的主要部件