1  引言 1

1.1 固态氧化物燃料电池工作机理与极化损失 1

1.2 复合阴极材料工作机理与要求 3

1.3 复合阴极材料的分类 4

1.4 论文研究的背景和意义 9

2  实验部分 11

2.1 实验原料 11

2.2 实验仪器与设备 11

2.3 复合阴极制备工艺流程 12

2.4 表征与测试 13

3  结果与讨论 19

3.1 XRD表征 19

3.2 阴极微观形貌分析 21

3.3 阴极热膨胀性能分析 22

3.4 电化学性能分析 23

结  论 28

致  谢 29

参 考 文 献 30

1  引言

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、环保地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池[1]。它除了具有一般的燃料电池的高效率，低污染的优点外，SOFC还具有以下特点：（1）SOFC的工作温度可达1000摄氏度，是目前所有燃料电池工作温度最高的经由热回收技术进行热电合并发电，可以获得超过80%的热电合并效率。（2）SOFC的电解质是固体，因此没有电解质蒸发与泄露的问题。而且电极也没有腐蚀的问题，运转寿命长。此外，由于构成材料的池材料全部是固体，电池外形具有灵活性。（3）SOFC在高温下进行化学反应，因此，无需使用贵重金属作为触媒，且本身具有内重整能力，可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，简化了电池系统。（4） SOFC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[2-6]。（5）SOFC具有较高的电流密度和功率密度。 （6）SOFC的系统设计简单，发电容量大，用途较为广泛。 固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。SOFC的应用范围相当广泛，几乎涵盖了所有的传统的电力市场，包括宅用、商业用、工业用以及公共事业用发电厂等，甚至便携式电源、移动电源、偏远地区用电及高品质电源等，还可作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源。其中以静置型的商业用电源、工业用热电合并系统及小型电源市场较为看好。

这里将从复合阴极材料能改善阴极性能的理论基础出发，介绍复合阴极材料的反应机理及分类。

1.1 固态氧化物燃料电池工作机理与极化损失

1.1.1 固态氧化物燃料电池的工作机理

在固态氧化物燃料电池（SOFC）中，电解质采用固体氧化物氧离子(O2-)导体（如最常用的 Y2O3 稳定的氧化锆简称 YSZ），起传递 O2-及分离空气和燃料的双重作用。其工作原理如图1-1所示：能量转换是通过电极上的电化学过程来进行的。

阴极反应：O2 + 4e → 2O2-

阳极反应：H2 + O2-→H2O+2e