低温固体氧化物燃料电池研究进展.pdf

维普资讯 06年6月在法国里昂举办的第十六届世界氢能大会上，毛宗强 R氢能学会儒勒 ·凡尔纳奖。这是国际氢能学会成立32年来首次 E。照片为国际氢能学会主席T．NejatVeziroglu教授 (右 2】、加 ~_--E席T．Bose教授 (左1】和夫人祝贺毛宗强教授获奖。 低温固体氧化物燃料电池研究进展 毛宗强，黄建兵，王 诚，刘志祥 记：清华大学毛宗强教授作为本刊的编委，多年来始终支持着本刊的发展，不断给予本刊建设性和指导性的意见 与建议。本期我们约请他为读者撰文介绍了低温固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展趋势，从电池结构、电池材 业现状等诸方面说明其进展。低温SOFC已经突破传统的管式和平板式结构，出现直径为毫米级的微管式 ：、金属支撑的平板式S0FC以及单气室S0FC。低温S0FC可以直接操作天然气、煤气、生物质气、甲醇、乙醇和 宰燃料，因此本文特别关注600℃以下的低温SOFC，认为其最有市场前景，希望能引起我国同行的关注本【文所 釜项目：国家自然科学基金项I~l(No和国家科技部 “973”项I~l(No．2007CB209706)】。 化物燃料电池(SOFC)是一种 极材料微结构的退化，提高电池堆的寿 的热循环性能；热启动时 短，小于 5 的燃料电池．其单电池包括 命=当操作温度进一步降至400~600℃ min．可直接使用甲醇 、乙醇、天然气、煤 层、阴极层和致密的电解质 的低温范围内，有望实现 SOFC的快速 油等为燃料：成本低，可靠性高等：2005 ：钇稳定的氧化锆，YSZ) 根 启动和关闭，而且可以直接利用烃类和 年 ，日本也启动了 “先进陶瓷反应器”项 的不同．SOFC可以分为高温 醇类燃料，这为SOFC进军电动汽车、军 目I．旨在开发以电化学方式转化能量和 左右)、中温型(600～8oO℃) 用潜艇及便携式电池等移动电源领域打 物质的高效微型陶瓷反应器 (主要是 )O℃以下)三种 ： 开了大门 SOFC)=陔项 目的一个主要 目标就是开 操作温度中低温化是 SOFC的发展 发在650℃或更低温度下功率密度超过 趋势．很多国家和组织提出了各 自的发 2W／cm 的陶瓷反应器系统．用作辅助电 展计划：美国在2000年由能源部牵头， 源等 国际氢能合作伙伴(IPHE)明确提 用YSZ电解质的高温 SOFC 组织政府有关部门、开发商、大学和国家 出中低温SOFC发展的两步走计划I41：至 当成熟，但在材料性能、寿命 实验室共同成立了一个固态能量转换联 2006年．使用现有 电池材料．建立在 650 面还存在许多问题，这在相 盟 (SECA1的组织 ，旨在开发具有广阔 ℃下运行的SOFC系统；至2008年 ，利 上制约了SOFC的发展f“。当 应用前景的高比能量的固态燃料 电池 用发展的新型材料，制备可在 500~650 乍温度降到600～8oO℃的巾 (主要是中温SOFC)．使之能满足多元化 ℃下运行．具有更好的热循环性能及 电 不仅可以提高SOFC的热力 市场的需要，并可利用资源充足的化石 傲性能的S0FC体系一 采用廉价的不锈钢作为电池 气体：美国国家资源委员会给出了低温 料， 而大幅度降低SOFC SOFC发展的具体化 目标IJI：至 2010年． 虽然氢燃料可以实现污染物的零排 i可以降低密封难度，简化电 SOFC实现400 500℃下的低温操作， 放 ，但是 目前缺乏氧基础设施，方便易得 电站平衡(BOP)的材料要求， 功率密度高于500mW／cm：，且具有 良好 的碳氢燃料仍是SOFC的首选燃料 由 件材料问的互相反应以及电