搜索
—60—科技展望2016/05固体氧化物燃料电池的发展与研究冯登满刘畅杨苗苗国书瑀刘洋韩飞（长春师范大学，吉林长春130032）【摘要】燃料电池是一种新型的绿色环保能源。本文着重分析了固体氧化物燃料电池的优点，解读我国有利的能源结构对发展碳基燃料固体氧化物燃料电池以及金属支撑型固体氧化物燃料电池的优势，最后对燃料电池未来的发展做了分析和总结。【关键词】燃料电池固体氧化物燃料电池金属支撑1前言1.1燃料电池的背景随着科技的进步，能源危机和人们的环保意识提高，寻求一种高效环保节能的新型电池迫在眉睫。燃料电池以其独特的优势被大家所认可。首先它能够将物质发生化学反应释放的化学能直接转化成电能；其次它具有极高的转化效率，若将电池排放的废热加以利用则整体效率一般可以达到80%左右。另外，燃料电池的发电效率不受自身体积大小的限制，安装灵活多变；燃料电池和环境有着高度的亲和力；同时由于他自身的机械部件少，工作过程中的摩擦少，噪声就小；燃料电池从中断到再启动，输电能力回升速度快，并可在较短的时间内增加电力的输出。1.2燃料电池的分类燃料电池依据其温度、所用的燃料种类和电解质类型可有多种的划分。按照工作温度的不同可以分为低温、中温和高温三类；按照燃料的来源可以分为直接式燃料电池和间接式燃料电池；依据电解质的不同可以分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸性燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。2固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell简称SOFC）属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好的转化成电能的全固态化学发电装置。它也被认为是未来唯一可以和质子交换膜燃料电池相媲美的发电装置。固体氧化物燃料电池可适用于多种燃料，能在多种燃料包括碳基燃料的情况下运行；他不需要采用贵金属作为催化剂；使用全固态的组件，不会存在电解液泄露，电极被腐蚀的问题。因此也被称为是21世界的绿色能源。2.1碳基燃料固体氧化物燃料电池碳基燃料（carbon-basedfuel）指通过氧化或燃烧而产生能量的任何燃料。主要有两种：生物燃料和化石燃料，以焦炭、煤为主。基于我国目前的能源结构现状，发展碳基固体氧化物燃料电池具有很大的优势。我国拥有大量的煤炭储备量，是世界稀土资源储量最大种类最丰富的国家。这为碳基固体氧化物燃料电池的发展提供了更加便利的条件。目前，PEMFC已成为了产业界关注的焦点，我国对于PEMFC的研究方面也投入了大量的资金和倾注了不知凡几的精力。但是PEMFC的成本极为昂贵，而且他的燃料必须要求是纯氢，而氢气不是一次能源，只是一种能源载体，在制备、储存、运输和安全方面存在着很多问题。人们便将眼光投向了碳基固体氧化物燃料电池，在一定程度上它可以克服使用纯氢的缺点，他的燃料选用有着广泛的可选择性。人们也正在探索将碳基SOFC从研究界推向商业市场界。世界各地也已有数百台的SOFC示范系统成功运行，最长的运行时间可以达到4万小时，向人类证明了SOFC在技术上的可行性。也因为如此像美国、日本等发达国家已经加入到了深入开发和研究的行列之中。近年来我国对于此方面的研究也给予了高度的重视。2.2金属支撑型固体氧化物燃料电池在SOFC中充当单电池的多空结构衬底并收集电流，起到载体作用的装置称作支撑体。传统的SOFC，一般采用的是稳定的陶瓷结构，但是陶瓷材料的制作和加工不容易实现，要制成微观结构稳定、机械强度和孔隙率都合适的陶瓷材料更为不易，这也导致制备SOFC的成本一直居高不下。经过长期的探索和研究人们开始考虑使用金属材料作为SOFC的支撑体，制备金属支撑型SOFC。金属支撑体具有良好的延展性和高热导率，可以有效降低电池多层结构中的热应力和机械应力进而提高电池的应热冲击性能，并且我国的金属的封接技术较为成熟可靠。目前使用的金属材料主要有两类：一类是镍基支撑型固体氧化物燃料电池；一类是铁基支撑型固体氧化物燃料电池。3结论燃料电池发展到今天已经有一百五十多年的历史了，随着科技的进步，各国对燃料电池的开发和研究会更加的重视。经过多年的研发，金属支撑SOFC技术日益成熟。随着SOFC向低温化，小型化的发展燃料电池的优势更加突出，在我国乃至世界产生了重大的影响，各国研究者也将精力倾注于这方面的开发和利用。很多发达国家已经对一些SOFC进行试行。但是仍然存在成本高、技术不太成熟、抗氧化性和机械强度低的问题。我们还需要进一步挑选高性能、价格低廉的材料来改善金属支撑型固体氧化物燃料电池的性能。让其不仅可以用在军事、大型核电站等的方面同时还能在家庭、手机手表中得到应用。总而言之，选择合适的材料、简单的制备过程、低廉的价格、研发各方面匹配性高的电解质和电极，制造出高效率，低温型，便携带的小型燃料电池将会成为SOFC的主要发展方向。参考文献：[1]周玉存,李军良,聂怀文等.金属支撑固体氧化物燃料电池研究进展[J].硅酸盐学报,2013,41(7).[2]韩敏芳,彭苏萍.碳基燃料固体氧化物燃料电池发展前景[J].中国工程科学,2013(02).基金项目：本文系长春师范大学大学生创新创业训练项目资助。