固体氧化物燃料电池

《固体氧化物燃料电池》是“先进电化学能源存储与转化技术丛书”分册之一，书中在对固体氧化物燃料电池原理进行简要概述之后，重点介绍了材料制备方法，电池表征手段，电堆、系统及其部件的制造方法和注意事项，并就技术的关键问题和思路进行了较为全面的介绍。此外，结合其逆向运行的高温电解水蒸气技术及能源互联网的发展需求，对固体氧化物燃料电池的进一步应用进行了展望。本书将有助于读者深入了解固体氧化物燃料电池相关技术的概况，快速熟悉该领域。 本书可供固体氧化物燃料电池领域科研人员、技术人员及高校相关专业师生参考，也可供相关领域管理人员参阅。

王绍荣，教授、博士生导师, 全国燃料电池与液流电池标准委员会委员，可再生能源学会氢能专业委员会委员。主要从事固体氧化物燃料电池(SOFC)及电解池(SOEC)研究；承担过国家863项目、国家重点专项课题、国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金重点项目等纵向、横向科研项目计13项、申请国家发明专利40件、出版专著2部、发表科研学术论文130多篇、连续4年入选爱思唯尔评选的能源领域高被引作者名单。

第1章绪论1 1.1固体氧化物燃料电池（SOFC）在燃料电池家族中的地位2 1.2SOFC的工作原理3 1.3SOFC关键部件的材料构成5 1.3.1固体电解质材料5 1.3.2阴极材料11 1.3.3阳极材料15 1.3.4连接体材料17 1.3.5密封材料20 1.4SOFC的产业化概况22 1.5SOFC商业化的挑战24 1.6总结25 参考文献26 第2章关键材料的制备工艺及其表征30 2.1引言31 2.2粉体的烧结活性与可加工性31 2.3粉体制备方法的选择33 2.3.1共沉淀法34 2.3.2溶胶凝胶法35 2.3.3燃烧合成法35 2.3.4喷雾热分解法35 2.3.5冷冻干燥热分解法36 2.4粉体的表征36 2.4.1化学成分37 2.4.2结晶相37 2.4.3粒径38 2.4.4比表面积39 2.4.5烧结曲线39 2.5材料的表征40 2.5.1力学性能40 2.5.2电性能42 2.5.3热膨胀系数43 参考文献43 第3章SOFC单电池构型及制备工艺47 3.1引言48 3.2管式电池与平板式电池48 3.2.1管式电池48 3.2.2平板式电池50 3.3不同结构支撑型电池51 3.3.1电解质支撑型电池51 3.3.2阳极支撑型电池52 3.3.3阴极支撑型电池53 3.3.4金属支撑型电池54 3.4膜材料的成型工艺54 3.4.1干法成型55 3.4.2气相化学法成型56 3.4.3高分子化学辅助成型56 3.5致密电解质膜的制备方法57 参考文献59 第4章电池堆关键技术62 4.1连接板的流场与保护涂层63 4.2密封材料与密封技术67 4.3电流收集材料69 参考文献70 第5章SOFC测试技术要点72 5.1纽扣电池的测试73 5.2单电池的测试74 5.2.1全陶瓷带铂金集流体的夹具75 5.2.2具有自制流场的夹具75 5.2.3特殊夹具76 5.3电堆的测试77 5.3.1定电流测试78 5.3.2定电压测试79 5.3.3定燃料利用率测试79 5.3.4多通道监控80 5.4从系统角度对电堆的要求80 5.4.1电堆的工作电压81 5.4.2电堆的燃料利用率81 5.4.3内重整比例81 5.4.4空气过量比82 5.4.5压阻与寄生功率消耗82 参考文献82 第6章SOFC发电系统简介84 6.1SOFC发电系统分类85 6.2便携式电源86 6.3家用热电联供系统87 6.4车用辅助电源与增程器89 6.5分布式发电与固定电站91 参考文献94 第7章发电系统的核心部件与集成简介96 7.1燃烧器98 7.1.1燃烧器概述98 7.1.2燃烧器结构与参数98 7.1.3SOFC系统中的燃烧器设计要点99 7.2重整器99 7.2.1重整器类型与反应99 7.2.2重整器结构与催化剂100 7.2.3重整器参数与指标101 7.3换热器102 7.3.1换热器概述与分类102 7.3.2板翅式换热器102 7.4脱硫器103 7.5泵与风机104 7.6SOFC发电系统控制子系统105 7.7SOFC发电系统设计与集成的一般步骤107 参考文献108 第8章固体氧化物燃料电池数值模拟111 8.1引言112 8.2固体氧化物燃料电池数值建模基础112 8.2.1物理问题的分析和几何模型的选择113 8.2.2常用的控制方程115 8.2.3常用的边界条件117 8.2.4数值模型的求解与验证118 8.3氧化铈基电解质SOFC漏电规律的数值模拟研究119 8.3.1氧化铈基电解质SOFC内部漏电机理119 8.3.2氧化铈基电解质SOFC一维极化模型120 8.3.3氧化铈基电解质SOFC二维数值模型125 8.4电极微观尺寸建模研究127 8.4.1多孔电极微结构构建128 8.4.2多孔电极有效性质参数计算129 参考文献130 第9章燃料电池的逆运行——电解池133 9.1引言134 9.2水电解制氢134 9.3二氧化碳/水共电解136 9.4电解与甲烷化的耦合137 9.5电解模式下的材料问题139 参考文献140 第10章能源互联网概念下的固体氧化物电池144 10.1引言145 10.2分布式供能145 10.3多能互补146 10.4SOFC的作用及其发展方向147 参考文献147 第11章挑战和展望149 索引152