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1、中温固体氧化物燃料电池的主要特点工作温度高在600-800C。电极催化剂不依赖 贵金属。可使用廉价的连接材料，且材料和材料之间的稳定性更好。发电效率高(60-70%)。可热电联供，与蒸汽、燃气轮机等构成联合循环发电系统，进一步提高发电效率。燃料适用性广。可使用CO、H2、天然气、城市天然气、城市 煤气、煤气、液液化气、生物气、生物质气化气气化气为燃料燃料。N O x和和 S O x排排 放放 极极 低低，C O2排排放放减减半半.第1页/共24页固体氧化物燃料电池的应用领域家庭电站固定电站便携式全天候电源车载辅助电源第2页/共24页固体氧化物燃料电池的基本原理O2-O2-Combustible
2、 Fuele-PorouscathodePorousanodeSolidelectrolytecollectorcollectore-CO2+H2OO2第3页/共24页中温固体氧化物燃料电池对阴极材料的基本要求有较高的氧还原活性；有较高的电导率；与电解质和连接体材料具有良好的化学相容性，并且热膨胀系数要相互匹配；在氧还原气氛和有工作负载的情况下要有一定的稳定性。第4页/共24页中温电池（600600C-800C-800C C）主要的阴极材料La1-x Srx MnO3-(LSM)La1-x Srx CoO3-(LSC)La1-x Srx FeO3-(LSF)La1-x Srx Co1-y Fe
3、y O3-(LSCF)Ba1-x Srx Co1-y Fey O3-(BSCF)ABO3钙钛矿结构第5页/共24页几种阴极材料在800 C的电导率、热膨胀系数及高温下与电解质的相容性LaSrGaMg阴极材料化学相容性电子导电率 (S/cm)离子导电率 (S/cm)热膨胀系数ZrO2基CeO2基La0.6 Sr0.4 CoO3-La0.6 Sr0.4 Mn0.8 Co0.2 O3-La0.6 Sr0.4 FeO3-La0.8 Sr0.2 MnO3-La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8 O3-180158412830279.41.710-40.225.610-3810-33.110-51
4、1.220.516.314.89.5轻微反应剧烈反应无反应剧烈反应轻微反应无反应无反应无反应无反应无反应无反应无反应无反应无反应无反应Solid State Ionics,138(2000),79-90 and J.Electrochem.Soc,150(11)(2003)A1518-1522第6页/共24页Electrical conductorMixed conductorComposite of electrical and ionic conductorChem.Rev,104(2004)4791-4843不同阴极的电化学反应位LSMLSCLSFLSCFLSM-YSZ第7页/共24页加
5、入加入YSZ可增加阴极可增加阴极的离子电导，扩大三的离子电导，扩大三相界面，显著改善电相界面，显著改善电池性能池性能。LSM基阴极的研究进展（1）Science and Technology of Ceramic Fuel cells.California,USA,1995 and Solid State Ionics 93(1997)207-217 and and Journal of power sources,124(2003)390-402LSM与YSZ的反应性Sr含量小于0.35，生成La2Zr2O7Sr含量大于0.35，生成SrZrO3考虑电导率等综合因素，阴极中Sr含量在0.2-
6、0.5,阴极烧结温度在1250C以下第8页/共24页La0.8Sr0.2MnO3-YSZ(La0.8Sr0.2)0.9MnO3-YSZEffect of A site depletion on the cell performance A位缺失大大位缺失大大提高电池性能。提高电池性能。在空气和氧气中电池性能差别近一倍。LSM基阴极的研究进展（2）Solid State Ionics 93(1997)207-217第9页/共24页Solid State Ionics,176(2005)2555-2561LSM基阴极的研究进展（3）LSM-5Ce10ScZr大大提高了大大提高了LSM基阴极的电化学
7、性能，在基阴极的电化学性能，在650C,优化阴极后的电池性能接近0.6/cm2.第10页/共24页Solid state Ionics 138(2000)143-152 and Solid state Ionics 176(2005)655-661LSC阴极的研究进展（1）1150-1200C烧结的阴极具有最小的界面电阻。1.2W/cm2第11页/共24页LSC阴极的研究进展（2）Solid state Ionics 138(2000)143-152阴极工作阴极工作700小时后，性能没有小时后，性能没有显著下降。然而显著下降。然而欧姆阻抗降低，欧姆阻抗降低，极化阻抗增加，这是由极化阻抗增加，这
8、是由Co 扩散扩散生成生成LaSrGaMgCo 引起的。引起的。Co扩散对薄膜电池的性能有重大影扩散对薄膜电池的性能有重大影响响第12页/共24页LSF阴极的研究进展（1）x1,B位缺失降低烧结活性x 1,纯钙钛矿相纯钙钛矿相x 1,有有SrLaFeO4 杂相杂相Journal of power sources,113(2003)1-10第13页/共24页 Current-Voltage data for(La0.8Sr0.2)xFeO3-x(x=0.95-1.05)at 700C after 72h.Solid State Ionics,161(2003)11-18 and Journal
9、of power sources,113(2003)1-10A位缺失或位缺失或B位位缺失都不利于电缺失都不利于电池性能的提高池性能的提高LSF阴极的研究进展（2）SDC阻阻止止Zr 扩扩散进散进LSF阴极阴极第14页/共24页LSF阴极的研究进展（2）500小时电池性能并不下降Journal of power sources,113(2003)1-10在在1250 C以上烧结的阴以上烧结的阴极电池性能显著下降。极电池性能显著下降。第15页/共24页L80SCFL58SCFGDCYSZGDCYSZLSCF阴极的研究进展（1）Formation of Sr-rich phase in the el
10、ectrolyte:EDX linear scans for Stronium,Cerium and Zirconium taken along the black lines of SOFCs with YSZ electrolyte,GDC interlayer and(a)L80SCF(b)L58SCF cathode.GDC夹层可以在一定程度上阻止夹层可以在一定程度上阻止LSCF与与YSZ的反应。对高的反应。对高Sr含量的含量的L58SCF阴极，阴极，在在YSZ界面上仍有高阻抗相界面上仍有高阻抗相SrZrO3生成。生成。Solid State Ionics,176(2005)1341-
11、1350第16页/共24页Journal of power sources,156(2006)20-225000小时内，小时内，电池性能损失电池性能损失接近接近1%/1000hLSCF阴极的研究进展（2）I-V curves at 800 and 700 C of single cells with LSCF cathodes with different A-site compositions in comparison to the LSM/YSZ.1.A位缺失大大提高电池性能。2.La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-是LSCF系列阴极中输出性能最高的阴极材料。其最大功率是LS
12、M/YSZ标准阴极的两倍。第17页/共24页新型BSCF阴极(1)nature,431(2004)170-1731.BSCF阴极在阴极在500C电导率最大电导率最大,且且不超过不超过180S/cm.2.BSCF以以SDC为电解质，为电解质，600C最大功率为1w/cm2.第18页/共24页新型BSCF阴极（2）BSCF与YSZ反应生成高阻抗相Journal of power sources,（2006）in pressGDC夹层的引入抑夹层的引入抑制了制了YSZ与与BSCF的的反应，大大提高了反应，大大提高了电池的性能电池的性能第19页/共24页结论1.LSM基阴极与YSZ具有良好的化学相容性
13、，其阴极的稳定性已被近30年的研究所证实。但其氧还原活性较低，在空气和氧气气氛中差别很大。LSC阴极的Co扩散有待研究。LSCF和LSF可能在中温电池中有很大的应用前景。2.阴极组成计量比的稍微变化会严重影响电池的输出性能。要保证电池的可重复性，必须严格控制阴极的计量比。3.开发新阴极材料，不仅要考虑阴极本身的电导率和氧还原活性，还要考虑与其他相关材料的高温化学及热的相容性。第20页/共24页1.M.DoKiya,Solid state Ionics 152-153(2002)383-3922.H.Ullmann et al,Solid state Ionics 138(2000)79-903
14、.J.M.Ralph et al,J.Electrochem.Soc,150(11)(2003)A1518-15224.S.J.Skinner,International Journal of Inorganic Materials3(2001)113-121 5.S.P.Jiang Solid state Ionics 146(2002)1-226.S.B.Adler,Chem.Rev.104(2004)4791-48437.N.Q.Minh,T.Takahashi,Science and Technology of Ceramic Fuel cells.California,USA,199
15、58.S.D.souza et al,Solid state Ionics 98(1997)57-619.T.Tsai,S.A.Barnett,Solid state Ionics 93(1997)207-21710.S.P.Jiang,Journal of power sources,124(2003)390-40211.Z.W.Wang,et al Solid State Ionics,176(2005)2555-256112.T.Horita,et al,Solid state Ionics 138(2000)143-15213.Z.H.Bi et al Solid state Ioni
16、cs 176(2005)655-661参考文献第21页/共24页14.Z.H.Bi et al Electrochem.Solid state lett.5(7)(2002)A17315.S.P.Simner et al,Solid State Ionics,161(2003)11-1816.S.P.Simner et al,Journal of power sources,113(2003)1-1017.A.Mai et al,Solid state Ionics,176(2005)1341-135018.F.Tietz et al,Journal of power sources,156(2006)20-2219.段枣树，硕士论文，新型阴极材料BSCF在IT-SOFC中的应用。第三章，25-2620.Z.P.shao,S.M.Haile nature 417(2004)170-17321.Z.S.Duan,et al,Journal of power sources,(2006)in press参考文献第22页/共24页谢谢大家！第23页/共24页感谢您的观看！第24页/共24页