固體氧化物燃料電池完整版課件

12341目錄固體氧化燃料電池原理固體氧化物燃料電池特點(diǎn)固體氧化物燃料電池材料SOFC國(guó)際開展?fàn)顩r12341目錄固體氧化燃料電池原理1固體氧化物燃料電池第一代燃料電池(磷酸鹽酸性燃料電池〕第二代燃料電池(熔融碳酸鹽燃料電池〕固體氧化物燃料電池(SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。固體氧化物燃料電池第一代燃料電池(磷酸鹽酸性燃料電池〕第二代2陽極反響：H2+O2-→H2O+2e-陰極反響:O2+4e-→2O2-在陰極，氧分子得到電子復(fù)原為氧離子，氧離子在氧濃度差和電位差作用下，通過電解質(zhì)中的氧空穴定向遷移，到達(dá)陽極后與燃料發(fā)生氧化反響。固體氧化物燃料電池采用固體氧化物為電解質(zhì)。固體氧化物在高溫下具有傳遞O2-的能力，在電池中起傳遞O2-和別離燃料和氧化劑的作用。固體氧化物燃料電池原理陽極反響：固體氧化物燃料電池采用固體氧化物為電解質(zhì)。固體氧化3從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池之一，它具有如下的優(yōu)點(diǎn)：〔1〕工作溫度高〔800-10000C〕,高溫可以保證燃料的快速氧化，且不需要昂貴的電催化劑；〔2〕SOFC的工作電壓可以到達(dá)理論開路電壓的96%，由于固體氧化物電解質(zhì)的透氣性很低，電子電導(dǎo)率低；〔3〕由于SOFC運(yùn)行溫度高，便于利用高溫廢氣，可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高；〔4〕全固體結(jié)構(gòu)，防止了液態(tài)電解質(zhì)對(duì)材料的腐蝕，解決了電解液的控制問題；〔5〕氧化物電解質(zhì)很穩(wěn)定，抗毒性好。電極有相對(duì)較強(qiáng)的抗污染能力；〔6〕可使用多種燃料，包括直接使用碳?xì)浠衔?；?〕不要求外圍設(shè)備條件，諸如不需要濕度控制、空氣調(diào)節(jié)等。固體氧化物燃料電池特點(diǎn)從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池之一，它具有4固體氧化物燃料電池材料固體氧化物燃料電池由三局部組成：電解質(zhì)、陰極、陽極，陰、陽極因功能的差異而組成不同。固體氧化物燃料電池材料固體氧化物燃料電池由三局部組成：電解質(zhì)5陰極材料電池中的陰極又稱為空氣電極，即會(huì)暴露在氧氣中。它的主要作用是集流體并有極高的復(fù)原氧化的點(diǎn)催化活性。陰極材料的要求有高額電子電導(dǎo)率氣體透過率大高溫時(shí)熱和化學(xué)穩(wěn)定性與固體電解質(zhì)膜有良好的相容性和附著性有比較理想的孔隙率價(jià)格適中當(dāng)前使用的最為廣泛的陰極材料是摻有鑭的氧化錳，即La1-XSrxMnO3(LSM)。LSM具有在氧化氣氛中電子電導(dǎo)率高，與YSZ化學(xué)相容性好等特點(diǎn)。陰極材料電池中的陰極又稱為空氣電極，即會(huì)暴露在氧氣中。它的主6電池中的陽極又稱為燃料電極，它處在復(fù)原的氣氛之中。主要作用是實(shí)現(xiàn)燃料的電化學(xué)催化氧化，把燃料氧化釋放出的電子轉(zhuǎn)移到外電路去，導(dǎo)入和排出氣體。陽極材料陽極材料的要求有足夠的電子電導(dǎo)率，同時(shí)具有一定的離子電導(dǎo)率，以擴(kuò)大電極反響面積；在復(fù)原性氣氛中可長(zhǎng)時(shí)間工作，保持尺寸及微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無破壞性相變；與電解質(zhì)熱膨脹匹配，不發(fā)生化學(xué)反響；具有多孔結(jié)構(gòu)，從而保證反響氣體的輸運(yùn)；對(duì)陽極的電化學(xué)反響有良好的催化活性。常用的陽極催化劑有Ni、Fe、Co、Pt等，其中金屬Ni具有高的活性、價(jià)格低的特點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛。電池中的陽極又稱為燃料電極，它處在復(fù)原的氣氛之中。主要作用是7陽極極主要由兩種材料組成：一是金屬；第二種對(duì)大局部電池來說是和電解質(zhì)相同的材料。陽極極主要由兩種材料組成：一是金屬；第二種對(duì)大局部電池來說是8固體電解質(zhì)材料SOFC的關(guān)鍵是固體電解質(zhì)，固體電解質(zhì)性能的好壞將決定燃料電池性能的優(yōu)劣。(1)較高的氧離子電導(dǎo)率，忽略電子電導(dǎo)率；(2)高溫時(shí)有一定的相穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；(3)氣密性，要求其到達(dá)理論密度的95％以上；(4)良好的抗熱震動(dòng)性；(5)對(duì)于反響氣體的化學(xué)穩(wěn)定性：(6)固體電解質(zhì)薄膜與電極和聯(lián)接材料間的熱膨脹系數(shù)的匹配。對(duì)電解質(zhì)的要求固體電解質(zhì)材料SOFC的關(guān)鍵是固體電解質(zhì)，固體電解質(zhì)性能的好9目前可作為SOFC固體電解質(zhì)材料主要有3類：氧化鋯系電解質(zhì)；氧化鈰系電解質(zhì)；LaGaO3鈣鈦礦系電解質(zhì)。目前可作為SOFC固體電解質(zhì)材料主要有3類：氧化鋯系電解質(zhì)；10早在1839年英國(guó)人WilliamGrove就報(bào)道了燃料電池的工作原理，但固體氧化物燃料電池的起步卻比較晚，1899年Nerest發(fā)現(xiàn)了固體氧化物電解質(zhì)。1937年Baur和Preis首次操作固體氧化物燃料電池，其工作溫度為1000℃。自此，固體氧化物燃料電池取得了很大的進(jìn)展。固體氧化物燃料電池主要為管式、平板式、瓦楞式和其它新型結(jié)構(gòu)。SOFC國(guó)際開展?fàn)顩r早在1839年英國(guó)人WilliamGrove就報(bào)道了燃料電11管式SOFC管式結(jié)構(gòu)固體氧化物燃料電池組〔a〕單體電池；〔b〕單電池間的連接管型SOFC電池組由一端封閉的管狀單電池以串聯(lián)、并聯(lián)方式組裝而成。每個(gè)單電池從內(nèi)到外由多孔支撐管、空氣電極、固體電解質(zhì)薄膜和金屬陶瓷陽極組成。多孔管起支撐作用，并允許空氣自由通過，到達(dá)空氣電極。管式SOFC管式結(jié)構(gòu)固體氧化物燃料電池組管型SOFC電池組由12管式SOFC的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)坞姵亻g的連接體設(shè)在復(fù)原氣氛一側(cè)，這樣可使用廉價(jià)金屬材料作電流收集體。單電池采用串聯(lián)、并聯(lián)方式組合在一起，可以防止當(dāng)某一電池?fù)p壞時(shí)，電池組完全失效。電池組裝相對(duì)簡(jiǎn)單，容易通過電池單元之間并聯(lián)和串聯(lián)組合成大功率的電池組。管型SOFC一般在很高的溫度(900-1000℃)下進(jìn)行操作，主要用于固定電站系統(tǒng)，所以高溫SOFC一般采用管型結(jié)構(gòu)。管式SOFC的缺點(diǎn)：電流通過電池的路徑較長(zhǎng)，限制了SOFC的性能。管式SOFC的優(yōu)點(diǎn)：13管式SOFC開展?fàn)顩r西屋(Westinghouse)公司美國(guó)西屋公司首先通過擠壓成型方法制備多孔氧化鋁或復(fù)合氧化鋯支撐管，然后采用電化學(xué)氣相沉積方法制備厚度在幾十到100μm的電解質(zhì)薄膜和電極薄膜。1987年，該公司在日本安裝了25kW級(jí)發(fā)電和余熱供暖SOFC系統(tǒng)。1997年12月，西門子西屋公司在荷蘭安裝了第一組100kW管狀SOFC系統(tǒng)，截止到2000年底關(guān)閉，累計(jì)工作了16612小時(shí)，能量效率為46%。管式SOFC開展?fàn)顩r西屋(Westinghouse)公司14CHP100kWSiemensGeneratorCHP100kWSiemensGenerator152002年5月，西門子西屋公司又與加州大學(xué)合作，在加州安裝了第一套220kWSOFC與氣體渦輪機(jī)聯(lián)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)獲得的能量轉(zhuǎn)化效率為58%。除了西屋公司外，日本三菱重工長(zhǎng)崎造船所、九州電力公司和東陶公司、德國(guó)海德堡中央研究所等也進(jìn)行了千瓦級(jí)管狀結(jié)構(gòu)SOFC發(fā)電試驗(yàn)。SIEMENSPH200kWSOFCPowerSystem2002年5月，西門子西屋公司又與加州大學(xué)合作，在加州安裝了16日本新型低溫固體氧化物燃料電池日本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜和研究所(AIST)及美國(guó)的科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的研究小組研發(fā)出直接利用各種碳?xì)浠衔锶剂喜⒏郊由洗呋瘜?，可?50℃發(fā)電的微小型低溫固體氧化物燃料電池(LTSOFC)。管狀微小型SOFC電池單體：電解質(zhì)為二氧化鈰陶瓷陽極材料為鎳基二氧化鈰陶瓷陰極材料為含有鑭鈷氧化鈰的陶瓷材料半徑為1.8mm溫度（℃）450500550輸出功率密度（W/cm2）0.10.40.45直接使用甲垸燃料日本新型低溫固體氧化物燃料電池管狀微小型SOFC電池單體：溫17平板式SOFC平板型SOFC的空氣電極/YSZ固體電解質(zhì)/燃料電極燒結(jié)成一體，組成“三合一〞結(jié)構(gòu)，其間用開設(shè)導(dǎo)氣溝槽的雙極板連接，使其間相互串聯(lián)構(gòu)成電池組。平板式SOFC的結(jié)構(gòu)平板式SOFC平板型SOFC的空氣電極/YSZ固體電解質(zhì)/燃18第二種對(duì)大局部電池來說是和電解質(zhì)相同的材料。〔3〕由于SOFC運(yùn)行溫度高，便于利用高溫廢氣，可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高；固體氧化物燃料電池:開展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2021,36(11):1676-1688環(huán)球熱電公司獲得的功率密度，在700℃運(yùn)行時(shí)，到達(dá)0.管型SOFC一般在很高的溫度(900-1000℃)下進(jìn)行操作，主要用于固定電站系統(tǒng)，所以高溫SOFC一般采用管型結(jié)構(gòu)。在陰極，氧分子得到電子復(fù)原為氧離子，氧離子在氧濃度差和電位差作用下，通過電解質(zhì)中的氧空穴定向遷移，到達(dá)陽極后與燃料發(fā)生氧化反響。早在1839年英國(guó)人WilliamGrove就報(bào)道了燃料電池的工作原理，但固體氧化物燃料電池的起步卻比較晚，1899年Nerest發(fā)現(xiàn)了固體氧化物電解質(zhì)。由于電流收集均勻，流經(jīng)路徑短，使平板型電池的輸出功率密度較管式高。密封困難、抗熱循環(huán)性能差及難以組裝成大功率電池組。第一代燃料電池(磷酸鹽酸性燃料電池〕〔1〕工作溫度高〔800-10000C〕,高溫可以保證燃料的快速氧化，且不需要昂貴的電催化劑；平板式SOFC的優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于管式設(shè)計(jì)，平板式設(shè)計(jì)省去了阻礙氣體流動(dòng)的支撐管，有更好的性能及更高的功率密度?！叭弦花暯M件制備工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低。由于電流收集均勻，流經(jīng)路徑短，使平板型電池的輸出功率密度較管式高。平板式SOFC的缺點(diǎn)：密封困難、抗熱循環(huán)性能差及難以組裝成大功率電池組。但是，當(dāng)SOFC的操作溫度降低到600一800℃后，可以在很大程度上擴(kuò)展電池材料的選擇范圍、提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，降低電池系統(tǒng)的制造和運(yùn)行本錢。第二種對(duì)大局部電池來說是和電解質(zhì)相同的材料。平板式SOFC的19平板式SOFC開展?fàn)顩r平板式SOFC由于制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單和電池功率密度高的原因,近幾年成為國(guó)際SOFC研究領(lǐng)域的主流,全球約70%的SOFC研究單位集中在平板式SOFC上。加拿大的環(huán)球熱電公司〔GlobalThermoelectricInc.〕、美國(guó)GE等公司在開發(fā)平板型SOFC上取得進(jìn)展。環(huán)球熱電公司獲得的功率密度，在700℃運(yùn)行時(shí)，到達(dá)0.723W/cm3。2000年6月，完成了1.35kW電池系統(tǒng)運(yùn)行1100小時(shí)試驗(yàn)。歐洲德國(guó)西門子于1995年開發(fā)出10kW級(jí)平板型SOFC，氧化劑為氧，如果采用空氣為氧化劑，那么功率為5kW；；1996年推出氧化劑為空氣的7.2kW級(jí)模塊。德國(guó)尤里希研究中心，F(xiàn)raunhofer陶瓷技術(shù)和燒結(jié)材料研究院等都獲得了數(shù)千瓦級(jí)的功率輸出。平板式SOFC開展?fàn)顩r平板式SOFC由于制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單和電20[1]李永峰,蕈新法,林維明.周體氧化物燃料電池的現(xiàn)狀和未來[J].電源技術(shù),2002,26(6):462-465[2]史可順.中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料及其制備工藝的研究開展趨勢(shì)[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2021,36(11):1676-1688[3]唐先敏,錢曉良,等．固體氧化物燃料電池[J].電源技術(shù),1995,19(2):40[4]陳梅.日本新型低溫固體氧化物燃料電池[J].電源技術(shù),2021,35(3)[5]李箭.固體氧化物燃料電池:開展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].功能材料與器件學(xué)報(bào),2007,13(6)[6]周利,程謨杰,衣寶廉.管型固體氧化物燃料電池技術(shù)進(jìn)展[J].電池,2005,35(1)參考文獻(xiàn)[1]李永峰,蕈新法,林維明.周體氧化物燃料電池的現(xiàn)狀和未21謝謝！！謝謝！！22固體氧化物燃料電池完整版課件2312341目錄固體氧化燃料電池原理固體氧化物燃料電池特點(diǎn)固體氧化物燃料電池材料SOFC國(guó)際開展?fàn)顩r12341目錄固體氧化燃料電池原理24固體氧化物燃料電池第一代燃料電池(磷酸鹽酸性燃料電池〕第二代燃料電池(熔融碳酸鹽燃料電池〕固體氧化物燃料電池(SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。固體氧化物燃料電池第一代燃料電池(磷酸鹽酸性燃料電池〕第二代25陽極反響：H2+O2-→H2O+2e-陰極反響:O2+4e-→2O2-在陰極，氧分子得到電子復(fù)原為氧離子，氧離子在氧濃度差和電位差作用下，通過電解質(zhì)中的氧空穴定向遷移，到達(dá)陽極后與燃料發(fā)生氧化反響。固體氧化物燃料電池采用固體氧化物為電解質(zhì)。固體氧化物在高溫下具有傳遞O2-的能力，在電池中起傳遞O2-和別離燃料和氧化劑的作用。固體氧化物燃料電池原理陽極反響：固體氧化物燃料電池采用固體氧化物為電解質(zhì)。固體氧化26從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池之一，它具有如下的優(yōu)點(diǎn)：〔1〕工作溫度高〔800-10000C〕,高溫可以保證燃料的快速氧化，且不需要昂貴的電催化劑；〔2〕SOFC的工作電壓可以到達(dá)理論開路電壓的96%，由于固體氧化物電解質(zhì)的透氣性很低，電子電導(dǎo)率低；〔3〕由于SOFC運(yùn)行溫度高，便于利用高溫廢氣，可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高；〔4〕全固體結(jié)構(gòu)，防止了液態(tài)電解質(zhì)對(duì)材料的腐蝕，解決了電解液的控制問題；〔5〕氧化物電解質(zhì)很穩(wěn)定，抗毒性好。電極有相對(duì)較強(qiáng)的抗污染能力；〔6〕可使用多種燃料，包括直接使用碳?xì)浠衔铮弧?〕不要求外圍設(shè)備條件，諸如不需要濕度控制、空氣調(diào)節(jié)等。固體氧化物燃料電池特點(diǎn)從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池之一，它具有27固體氧化物燃料電池材料固體氧化物燃料電池由三局部組成：電解質(zhì)、陰極、陽極，陰、陽極因功能的差異而組成不同。固體氧化物燃料電池材料固體氧化物燃料電池由三局部組成：電解質(zhì)28陰極材料電池中的陰極又稱為空氣電極，即會(huì)暴露在氧氣中。它的主要作用是集流體并有極高的復(fù)原氧化的點(diǎn)催化活性。陰極材料的要求有高額電子電導(dǎo)率氣體透過率大高溫時(shí)熱和化學(xué)穩(wěn)定性與固體電解質(zhì)膜有良好的相容性和附著性有比較理想的孔隙率價(jià)格適中當(dāng)前使用的最為廣泛的陰極材料是摻有鑭的氧化錳，即La1-XSrxMnO3(LSM)。LSM具有在氧化氣氛中電子電導(dǎo)率高，與YSZ化學(xué)相容性好等特點(diǎn)。陰極材料電池中的陰極又稱為空氣電極，即會(huì)暴露在氧氣中。它的主29電池中的陽極又稱為燃料電極，它處在復(fù)原的氣氛之中。主要作用是實(shí)現(xiàn)燃料的電化學(xué)催化氧化，把燃料氧化釋放出的電子轉(zhuǎn)移到外電路去，導(dǎo)入和排出氣體。陽極材料陽極材料的要求有足夠的電子電導(dǎo)率，同時(shí)具有一定的離子電導(dǎo)率，以擴(kuò)大電極反響面積；在復(fù)原性氣氛中可長(zhǎng)時(shí)間工作，保持尺寸及微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無破壞性相變；與電解質(zhì)熱膨脹匹配，不發(fā)生化學(xué)反響；具有多孔結(jié)構(gòu)，從而保證反響氣體的輸運(yùn)；對(duì)陽極的電化學(xué)反響有良好的催化活性。常用的陽極催化劑有Ni、Fe、Co、Pt等，其中金屬Ni具有高的活性、價(jià)格低的特點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛。電池中的陽極又稱為燃料電極，它處在復(fù)原的氣氛之中。主要作用是30陽極極主要由兩種材料組成：一是金屬；第二種對(duì)大局部電池來說是和電解質(zhì)相同的材料。陽極極主要由兩種材料組成：一是金屬；第二種對(duì)大局部電池來說是31固體電解質(zhì)材料SOFC的關(guān)鍵是固體電解質(zhì)，固體電解質(zhì)性能的好壞將決定燃料電池性能的優(yōu)劣。(1)較高的氧離子電導(dǎo)率，忽略電子電導(dǎo)率；(2)高溫時(shí)有一定的相穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；(3)氣密性，要求其到達(dá)理論密度的95％以上；(4)良好的抗熱震動(dòng)性；(5)對(duì)于反響氣體的化學(xué)穩(wěn)定性：(6)固體電解質(zhì)薄膜與電極和聯(lián)接材料間的熱膨脹系數(shù)的匹配。對(duì)電解質(zhì)的要求固體電解質(zhì)材料SOFC的關(guān)鍵是固體電解質(zhì)，固體電解質(zhì)性能的好32目前可作為SOFC固體電解質(zhì)材料主要有3類：氧化鋯系電解質(zhì)；氧化鈰系電解質(zhì)；LaGaO3鈣鈦礦系電解質(zhì)。目前可作為SOFC固體電解質(zhì)材料主要有3類：氧化鋯系電解質(zhì)；33早在1839年英國(guó)人WilliamGrove就報(bào)道了燃料電池的工作原理，但固體氧化物燃料電池的起步卻比較晚，1899年Nerest發(fā)現(xiàn)了固體氧化物電解質(zhì)。1937年Baur和Preis首次操作固體氧化物燃料電池，其工作溫度為1000℃。自此，固體氧化物燃料電池取得了很大的進(jìn)展。固體氧化物燃料電池主要為管式、平板式、瓦楞式和其它新型結(jié)構(gòu)。SOFC國(guó)際開展?fàn)顩r早在1839年英國(guó)人WilliamGrove就報(bào)道了燃料電34管式SOFC管式結(jié)構(gòu)固體氧化物燃料電池組〔a〕單體電池；〔b〕單電池間的連接管型SOFC電池組由一端封閉的管狀單電池以串聯(lián)、并聯(lián)方式組裝而成。每個(gè)單電池從內(nèi)到外由多孔支撐管、空氣電極、固體電解質(zhì)薄膜和金屬陶瓷陽極組成。多孔管起支撐作用，并允許空氣自由通過，到達(dá)空氣電極。管式SOFC管式結(jié)構(gòu)固體氧化物燃料電池組管型SOFC電池組由35管式SOFC的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)坞姵亻g的連接體設(shè)在復(fù)原氣氛一側(cè)，這樣可使用廉價(jià)金屬材料作電流收集體。單電池采用串聯(lián)、并聯(lián)方式組合在一起，可以防止當(dāng)某一電池?fù)p壞時(shí)，電池組完全失效。電池組裝相對(duì)簡(jiǎn)單，容易通過電池單元之間并聯(lián)和串聯(lián)組合成大功率的電池組。管型SOFC一般在很高的溫度(900-1000℃)下進(jìn)行操作，主要用于固定電站系統(tǒng)，所以高溫SOFC一般采用管型結(jié)構(gòu)。管式SOFC的缺點(diǎn)：電流通過電池的路徑較長(zhǎng)，限制了SOFC的性能。管式SOFC的優(yōu)點(diǎn)：36管式SOFC開展?fàn)顩r西屋(Westinghouse)公司美國(guó)西屋公司首先通過擠壓成型方法制備多孔氧化鋁或復(fù)合氧化鋯支撐管，然后采用電化學(xué)氣相沉積方法制備厚度在幾十到100μm的電解質(zhì)薄膜和電極薄膜。1987年，該公司在日本安裝了25kW級(jí)發(fā)電和余熱供暖SOFC系統(tǒng)。1997年12月，西門子西屋公司在荷蘭安裝了第一組100kW管狀SOFC系統(tǒng)，截止到2000年底關(guān)閉，累計(jì)工作了16612小時(shí)，能量效率為46%。管式SOFC開展?fàn)顩r西屋(Westinghouse)公司37CHP100kWSiemensGeneratorCHP100kWSiemensGenerator382002年5月，西門子西屋公司又與加州大學(xué)合作，在加州安裝了第一套220kWSOFC與氣體渦輪機(jī)聯(lián)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)獲得的能量轉(zhuǎn)化效率為58%。除了西屋公司外，日本三菱重工長(zhǎng)崎造船所、九州電力公司和東陶公司、德國(guó)海德堡中央研究所等也進(jìn)行了千瓦級(jí)管狀結(jié)構(gòu)SOFC發(fā)電試驗(yàn)。SIEMENSPH200kWSOFCPowerSystem2002年5月，西門子西屋公司又與加州大學(xué)合作，在加州安裝了39日本新型低溫固體氧化物燃料電池日本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜和研究所(AIST)及美國(guó)的科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的研究小組研發(fā)出直接利用各種碳?xì)浠衔锶剂喜⒏郊由洗呋瘜?，可?50℃發(fā)電的微小型低溫固體氧化物燃料電池(LTSOFC)。管狀微小型SOFC電池單體：電解質(zhì)為二氧化鈰陶瓷陽極材料為鎳基二氧化鈰陶瓷陰極材料為含有鑭鈷氧化鈰的陶瓷材料半徑為1.8mm溫度（℃）450500550輸出功率密度（W/cm2）0.10.40.45直接使用甲垸燃料日本新型低溫固體氧化物燃料電池管狀微小型SOFC電池單體：溫40平板式SOFC平板型SOFC的空氣電極/YSZ固體電解質(zhì)/燃料電極燒結(jié)成一體，組成“三合一〞結(jié)構(gòu)，其間用開設(shè)導(dǎo)氣溝槽的雙極板連接，使其間相互串聯(lián)構(gòu)成電池組。平板式SOFC的結(jié)構(gòu)平板式SOFC平板型SOFC的空氣電極/YSZ固體電解質(zhì)/燃41第二種對(duì)大局部電池來說是和電解質(zhì)相同的材料。〔3〕由于SOFC運(yùn)行溫度高，便于利用高溫廢氣，可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高；固體氧化物燃料電池:開展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2021,36(11):1676-1688環(huán)球熱電公司獲得的功率密度，在700℃運(yùn)行時(shí)，到達(dá)0.管型SOFC一般在很高的溫度(900-1000℃)下進(jìn)行操作，主要用于固定電站系統(tǒng)，所以高溫SOFC一般采用管型結(jié)構(gòu)。在陰極，氧分子得到電子復(fù)原為氧離子，氧離子在氧濃度差和電位差作用下，通過電解質(zhì)中的氧空穴定向遷移，到達(dá)陽極后與燃料發(fā)生氧化反響。早在1839年英國(guó)人WilliamGrove就報(bào)道了燃料電池的工作原理，但固體氧化物燃料電池的起步卻比較晚，1899年Nerest發(fā)現(xiàn)了固體氧化物電解質(zhì)。由于電流收集均勻，流經(jīng)路徑短，使平板型電池的輸出功率密度較管式高。密封困難、抗熱循環(huán)性能差及難以組裝成大功率電池組。第一代燃料電池(磷酸鹽酸性燃料電池〕〔1〕工作溫度高〔800-10000C〕,高溫可以保證燃料的快速氧化，且不需要昂貴的電催化劑；平板式SOFC的優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于管式設(shè)計(jì)，平板式設(shè)計(jì)省去了阻礙氣體流動(dòng)的支撐管，有更好的性能及更