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华东理工大学2014—2015学年第1学期 《 新能源与新材料》课程论文 2014.11

班级 高材114 学号 10111618 姓名 胡逸伦 开课学院 材料学院 任课教师 张 衍 成绩__________

论文题目：固体氧化物燃料电池的研究 论文要求： 根据选择的论文范围，通过查阅文献资料，内容能够反映教师要求，举例恰当，论文格式符合规范（参见华东理工大学学报）。2500字以上。包括中英文摘要、关键词、正文和参考文献等。 教师评语： 评分项目 选题 内容与要求的吻合情况 中文摘要 英文摘要 中英文关键词 综述内容 正文组织结构 参考文献集标注 各项分值 5 5 5 5 5 55 10 10 得分 教师签名 2014年 月 日

固体氧化物燃料电池研究进展

高材114 10111618 胡逸伦

摘要：本文对Bi2O3基燃料电池的研究现状进行了综述。概述了Bi2O3燃料电池的制备，以及掺杂

对其性能的影响，对其今后的发展进行了预测。

关键词：Bi2O3基燃料电池；固体电解质；合成;导电机理

Abstract：In this paper, the status of research Bi2O3-based fuel cells are reviewed. An overview of the

preparation of Bi2O3 fuel cells, as well as its performance impact of doping,its future development is predicted，as well.

Key words：Bi2O3-based fuel cells; solid electrolyte; Synthesis

1.引言

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种全固态部件的燃料电池，电解质为固体氧化物。SOFC除了具有高效、清洁、低噪音、负载能力强等燃料电池共有的优点外，因为是全固体结构，所以还具有无泄漏、无电解质腐蚀、综合利用效率高和寿命长等优点。目前，固体氧化物燃料电池(SOFC)的中低温化是SOFC商业化发展的关键，研究表明使用具有高氧离子电导率的电解质材料以及电解质材料的薄膜化是实现SOFC中低温化的主要途径。在SOFC工作过程中，电解质起着传递O2-。和隔离空气与燃料的双重作用，电子经电解质由阳极流向阴极，O2-由阴极流向阳极，电解质是连接燃料电池阴阳极的桥梁。电解质是SOFC最核心的部件，其荷电输运特性和热膨胀性质不但直接影响电池的工作温度和电能转换效率，还决定了与之相匹配的阴极和阳极材料以及相应制备技术的选择。

Bi2O3基氧化物是一类重要的电解质材料，其在低温下具有很高的离子电导性，是目前离子电导率最高的氧离子导体，且其合成温度低，易于烧结成致密陶瓷，对减小电池内阻和制作燃料电池十分有利。

2.Bi2O3的性能

Bi2O3是一种多晶型的氧化物，关于其结构以前有过很多有争议的研究，其中Harwig对其结构的描述被认为是最正确的。室温下，纯的Bi2O3是单斜结构的电子导体(α相)，加热到1002K转变为面心立方结构(δ相)，δ相冷却到923K形成β相，继续冷却变成α相，冷却占相约在912K以下形成γ相，该相为体心立方结构。γ相和δ相是在α相冷却过程中由于出现大量热滞后现象而产生的两个亚稳相。其实，γ相理论化学计量比应为：Bi2O3.15。[1] 3.Bi2O3的导电机理

纯的Bi2O3存在两种热力学稳定晶体形态α－Bi2O3和δ－Bi2O3。α－Bi2O3在730℃以下稳定存在，具有单斜结构，呈 P 型导电；而 δ－Bi2O3 则在 730℃以上直至熔点 825℃的范围内稳定存在，具有立方萤石结构。另外，在 650℃以下还会出现具有四方结构（β－Bi2O3）和体心立方结构（γ－Bi2O3）两种亚稳态。δ－Bi2O3具有立方萤石结构，氧离子处于阳离子组成的四面体中。从高温δ－Bi2O3相冷却到室温，由于存在四方 β－Bi2O3 和体心立方 γ－Bi2O3 相，在降温过程中会出现一系列的滞后现象。β－Bi2O3在冷却过程中出现在大约 650℃处，而γ－Bi2O3相出现在约 640℃处。

δ－Bi2O3向β－Bi2O3转变时伴随显著的体积变化，这会导致加热和冷却过程中材料机械性能发生变化。因此，为保证电解质在工作时的稳定性，需将Bi2O3稳定在某一晶型以防止发生晶型转