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固体氧化物燃料电池(SOFC)

1940
  • Emil Baur
  • H. Preis
固体氧化物燃料电池系统在工业能源技术中的应用。

(图片仅供参考)

固体氧化物 燃料电池 固体氧化物燃料电池(SOFC)采用固态、无孔陶瓷,通常为氧化钇稳定氧化锆(YSZ)作为电解质。SOFC 的工作温度非常高,范围在 500 至 1000 °C 之间。如此高的温度使其燃料选择灵活,可以直接使用天然气等碳氢化合物,并且无需使用昂贵的铂族金属催化剂。

In an SOFC, the charge carrier through the electrolyte is the oxide ion ([latex]O^{2-}[/latex]). At the cathode, oxygen molecules from the air are reduced by incoming electrons from the external circuit to form oxide ions: [latex]O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-}[/latex]. These oxide ions are then transported through the dense ceramic electrolyte to the anode. At the anode, the oxide ions oxidize the fuel. For hydrogen fuel, the reaction is [latex]H_2 + O^{2-} \rightarrow H_2O + 2e^-[/latex]. The released electrons travel through the external circuit to the cathode, completing the circuit and generating electricity.

高工作温度既是优势也是挑战。它无需贵金属催化剂即可促进快速反应动力学,并允许在阳极直接进行碳氢燃料的内部重整,从而简化系统设计。高质量的废热可用于热电联产(CHP),使系统整体效率超过80%。然而,高温也带来了巨大的材料科学挑战,需要使用能够承受热循环并防止性能退化的坚固陶瓷和互连材料。这也导致启动时间较长,使得固体氧化物燃料电池(SOFC)更适合连续发电,而非需要频繁开关循环的应用。

UNESCO Nomenclature: 3305
能源技术

类型

物理设备

中断

重大的

用法

小众/专业

前体

  • 瓦尔特·能斯特于 1897 年发明了能斯特灯,该灯使用固体陶瓷电解质(YSZ)。
  • 威廉·格罗夫 (William Grove) 于 1838 年发现了燃料电池的基本原理。
  • 陶瓷科学和高温材料领域的进展

应用程序

  • 工业和商业建筑的大型固定式发电
  • 利用高质量废热的联合热电联产(CHP)系统
  • 辅助动力装置(APU),例如用于长途卡车的车辆
  • 电网支持和分布式发电
  • 军事和远程电源应用

专利:

NA

潜在创新理念

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相关术语:固体氧化物燃料电池 (SOFC)、固体氧化物、陶瓷电解质、氧化钇稳定氧化锆 (YSZ)、高温、燃料灵活性、热电联产 (CHP)、固定式发电、内部重整。

历史背景

固体氧化物燃料电池(SOFC)

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1945-01-01
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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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