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文献综述
固体氧化物燃料电池（SolidOxideFuelcell,SOFC）是一种将燃料气体与氧气通过电化学反应获取电能的装置。因其具有转换效率高、环境友好、燃料适应性较强（，,石化燃料等）和应用范围广泛等优点，是新一代绿色能源。固体氧化物燃料电池堆主要分为管式、平板式、瓦楞式和扁管式四种结构类型。其主要部件由电解质、阴极、阳极和连接材料四大部分构成。为了使电解质材料获得足够高的离子电导率，固体氧化物燃料通常在600-1000℃的高温下工作。因此，对其部件材料的选择和使用提出了严格要求。开发成本低、性能优异的电池材料成为SOFCs商业化面临的关键技术挑战。
1背景介绍
1.1燃料电池发展简介
随着科学技术尤其是工业技术的不断发展，各国对于煤炭、石油、天然气等资源的需求量与日俱增。为面对即将到来的能源短缺时代，人们不断致力于寻求环境友好的新一代绿色能源以满足生产和市场的运营需要。作为一种品质高、可靠性强的发电装置，燃料电池受到了广泛的关注。该类设施不仅具有较高的能量转换效率，而且具有接近于零的污染物和温室气体排放水平。燃料电池的基本原理首先由WilliamRGrove爵士在1839年揭示。当时他所展示的燃料电池以稀硫酸电解质，在室温状态运行。在1889年，LudwigMon和他的助手CarlLanger通过水-氧气燃料电池，在0.73伏特的输出电压下获得了6安培的输出电流。在1899年，Nernst在氧化钇稳定氧化锆中观察到离子电导的存在。基于Nerst的研究成果，Baur和Preis在1937年发明了世界上第一个陶瓷燃料电池。二十世纪六十年代，PrattWitney有限公司改进了磷酸盐燃料电池并将其产品成功运用在空间飞行器中，为美国阿波罗登月计划作出了巨大的贡献。自二十世纪八十年代中叶开始，美国、加拿大、日本等国政府相继在燃料电池研发上投入大量专项资金和人力。在他们的带动下，近年来，以美国的西门子-西屋电气公（Simens-Westinghouse）、日本的三菱公司（Mitsubishi）和京瓷公（Kyocera）、荷兰的巴拉德动力（BallardPower）等为代表的全球众多企业及科研机构亦对燃料电池的研究与产业化投入了无比的精力与热情从而掀起了一场世界范围内的燃料电池开发热潮。
1.2燃料电池及固体燃料电池SOFC
1.2.1燃料电池发展潜力
一般说来，燃料电池可根据其核心部件电解质材料的组成，分为质子交换膜燃料电（protonexchangemembranefuelcell，PEMFC，又称聚电解质膜燃料电池polymericelectrolyte-membranefuelcell）、碱性燃料电池（alkalinefuelcell,AFC）、磷酸盐燃料电池（phosphoricacidfuelcell，PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（moltencarbonatefuelcell,MCFC）和固体氧化物燃料电池（solidoxidefuelcell，SOFC）。由于电解质工作温度和运行环境的差别，构成这五类燃料电池的主要部件材质各不相同，也导致了它们在电池特性和应用范围上存在较大的差异性。但相同的是，燃料电池均采用氢气或者脱硫碳氢石化产物为能量来源，因而与传统发电设备相比较，在环境污染的控制方面具有无可比拟的优势。其硫氧化合物及氮氧化合物的排放接近于零。燃料电池的另一个关键优势是其具有相对较高的能量转化效率。由于电池本身通过电化学反应直接将燃料气体所蕴含的化学能转化为电能，与传统发电方式相比省略了中途热能和机械能的过渡环节，因此燃料电池的发电效率不受传统热机的卡诺循环限制，其理论转换效率值甚至可超过80%。与普通燃烧过程相似的是，燃料电池通过燃料气体与氧化性气体的电化学化合反应产生电能。因而从理论上说，任何可以参与电化学氧化还原反应的气体均可作为反应物的来源。但是由于具有较高的反应活性和零污染特点，氢气作为一种理想的燃料被普遍采用。值得一提的是，以SOFC为代表的少数电池同样可以利用一氧化碳作为燃料气体，也就是说，它们的能量来源可以扩展到天然气以及其它石化产物。通过气体重整技术，上述碳氢化合物可以转化为氢气和一氧化碳的组合，这大大增强了这类电池的燃料兼容性。
1.2.2固体燃料电池SOFC简介
由于具有较高的能量转化效率和较低的污染物排放水平，固体氧化物燃料电池（SOFC）被认为是最有希望的新一代固定及移动电力发生装置之一。作为第三代燃料电池技术，SOFC电池单体采用陶瓷材料作为电解质，运行温度范围约为600-1000℃。如此高的温度使得燃料气体重整步骤无需外部重整设备的协助，整个过程可以直接在电池体内部完成：同时，无需贵金属催化剂的参与，仍然可以达到较快的反应速率；此外，高质量的反应余热通过并联燃气涡轮系统可以使能量的利用率最大化。因此目前在所有燃料电池发电系统中，SOFC的发电效率居于首位。SOFC电池系统采用模块化设计，拥有全固态的系统结构，避免了诸如电解液泄露、电极腐蚀等通常易出现的电池问题。综合上述优点，SOFC非常适合应用在固定或移动能源系统中，包括一些条件严苛的商业及军事用途。
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