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毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
引言
化石燃料的开发和利用为人类的进步作出了巨大的贡献，随着现代工业的快速发展，对煤、石油、天然气等化石能源的需求日益增加，过度的开采与利用使有限的化石能源储量日渐减少。化石能源促进工业快速发展的同时，也带来了严重的环境污染等问题。为了实现人类和社会的可持续发展，更加高效的利用现有资源和开发新型清洁能源越来越受到人们的重视。作为一种清洁、高效的的能源利用方式，燃料电池发电技术受到众多科研人员的关注，世界各国都在竞相开展研究[1]。
燃料电池技术作为继火力、水力和核能之后的第四代发电技术，具有污染小、能量转化效率高、燃料来源广泛、易于建设和可靠性高等优点[2]。传统的电池只能一次性储存一定量的能量，储存的能量耗尽后就无法工作，或者充电后才能继续工作。而燃料电池的特点是，只要源源不断的提供燃料和氧化剂，就会有连续不断的电流产生，虽然传统的火力发电与此类似，只要有充足的燃料，就会持续不断地产生电流，但二者却有本质的区别。火力发电是将燃料的化学能转化为动能，再将动能转化为电能，其发电效率受到热机效率的限制。而燃料电池是直接把燃料的化学能转化为电能，能量转化过程中没有热机燃烧的过程，所以其效率不受卡诺循环的限制。
燃料电池的分类方法很多，最常见的是根据电解质不同将其分为五大类，即：质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、碱性燃料电池（AFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）[3]。其中，固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）以其全固态结构、能量转化效率高、燃料通用性强等突出优点，发展最快，应用最广[4]。
第一章 前言
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell), 简称SOFC。它适用于大型发电站及其它工业应用， 如交通、军事、空间开发等[5]。在所有燃料电池中，SOFC的工作温度最高，目前研究阶段一般为1000 ℃。在如此高温下，燃料能迅速氧化并达到热力学平衡，可以不使用贵金属催化剂，燃料在电池内部重整。高温工作使得固体氧化物燃料电池对燃料纯度要求降低，能够采用煤气化的气体或天然气作燃料，输出功率和效率均比较高。固体氧化物电解质气体渗透性小，电导率低，开路时SOFC电压可达理论值的96 %。由于运行温度高，SOFC耐硫化物的能力比其它燃料电池至少高两个数量级，因而可以使用高温除硫工艺，有利于节能。在SOFC 中，氧化物电解质很稳定，其组成不受燃料和氧化气体成分的影响[6]。
1.1 固体氧化物燃料电池的发展
目前燃料电池发电技术正受到世界上许多工业化国家的欢迎和重视，研发极为活跃。其中以美国起步最早，发展最快，美国能源部和国防部分别对其确立了相关课题，进行深入地研究。日本紧跟美国之后，引进和独立开发相结合，发展也很快。欧洲和亚洲的一些国家也都在积极投入人力和物力进行研制开发。20世纪40年代，美国西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)研制了管状结构的SOFC，用挤出成型的方法制备多孔氧化铝或复合氧化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积的方法制备厚度在几十到100μm的电解质薄膜和电极薄膜。1997年12月，西门子西屋公司(Siemens Westinghouse Electric Company)在荷兰安装了第一组100 kW管状SOFC系统，截止到2000年底封闭，累计工作了16 ,612小时，能量效率为46 %。
SOFC的发展趋势是向中、低温发展。如果可以将SOFC的操作温度降低到500-800℃，就可以扩大材料的选择范围，减缓电池组件的退化和电池性能的衰减速度，降低SOFC的制造和运行成本。但随着操作温度的降低，电解质阻抗和电极极化电阻增大。目前，实现SOFC中低温化主要有以下几种方法[7,8]：
（1）采用先进工艺技术，将固体电解质薄膜化，降低电解质的欧姆电阻；
（2）选用中低温下具有更高氧离子电导率的新型电解质材料；
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