固體氧化物氫燃料電池簡介

固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC）屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環(huán)境友好地轉化成電能的全固態(tài)化學發(fā)電裝置。被普遍認為是在未來會與質子交換膜燃料電池（PEMFC）一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。采用的是固態(tài)電解質（鉆石氧化物），性能很好。他們需要采用相應的材料和過程處理技術，因為電池的工作溫度約為1000℃。固態(tài)氧化物燃料電池工作溫度比溶化的碳酸鹽燃料電池的溫度還要高，它們使用諸如用氧化穩(wěn)定的氧化錯等固態(tài)陶瓷電解質，而不用使用液體電解質。其工作溫度位于800-1000℃之間。

在這種燃料電池中，當氧離子從陰極移動到陽極氧化燃料氣體（主要是氫和一氧化碳的混合物）使便產生能量。陽極生成的電子通過外部電路移動返回到陰極上，減少進入的氧，從而完成循環(huán)。

陽極反應：H2 + O^2- →H2O + 2e-

CO + O^2- → CO2 + 2e-

陰極反應：O2 + 4e- → 20^2-

對于溶化的碳酸鹽燃料電池而言，高溫意即這種電池能抵御一氧化碳的污染，正如上式顯示的那樣，一氧化碳會隨時氧化成二氧化碳。這便省卻了外部重整從燃料中提取氫，而且這種電池還可以再直接使用石油或天然氣。固態(tài)氧化物燃料電池對目前所有燃料電池都有的硫污染具有最大的耐受性。由于它們使用固態(tài)的電解質，這種電池比溶化的碳酸鹽燃料電池更穩(wěn)定，然而它們用來承受所產生的高溫的建造材料卻要昂貴得多。

固體氧化物燃料電池特點：

SOFC與第一代燃料電池（磷酸型燃料電池，簡稱PAFC）、第二代燃料電池（熔融碳酸鹽燃料電池，簡稱MCFC）相比它有如下優(yōu)點：

①較高的電流密度和功率密度；

②陽、陰極極化可忽略，彼化損失集中在電解質內阻降；

③可直接使用氫氣、烴類（甲烷）、甲醇等作燃料，而不必使用貴金屬作催化劑；

④避免了中、低溫燃料電池的酸堿電解質或熔鹽電解質的腐蝕及封接問題；

⑤能提供高質余熱，實現熱電聯產，燃料利用率高，能量利用率高達80%左右，是一種清潔高效的能源系統；

⑥廣泛采用陶瓷材料作電解質、陰極和陽極，具有全固態(tài)結構；

⑦陶瓷電解質要求中、高溫運行（600~1000℃），加快了電池的反應進行，還可以實現多種碳氫燃料氣體的內部還原，簡化了設備。

固體氧化物燃料電池的發(fā)展及應用

固體氧化物燃料電池的開發(fā)始于20世紀40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃發(fā)展。早期開發(fā)出來的SOFC的工作溫度較高，一般在800~1000℃。目前科學家已經研發(fā)成功中溫固體氧化物燃料電池，其工作溫度一般在800C左右。一些國家的科學家也正在努力開發(fā)低溫SOFC，其工作溫度更可以降低至650~700℃。工作溫度的進一步降低，使得SOFC的實際應用成為可能。

固態(tài)氧化物燃料電池的效率約為60%左右，可供工業(yè)界用來發(fā)電和取暖，同時也具有為車輛提供備用動力的潛力。

固體氧化物燃料電池的開發(fā)研究以及商業(yè)化，是解決目前世界能源短缺和環(huán)境污染的重要手段，受到了世界主要國家的普遍重視，包括美國、歐洲、日本、澳大利來、韓國等。