内容发布更新时间 : 2024/9/26 3:32:18星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

22. 燃料电池按照其电解质的不同，可以分为几类？它们各口的特点是什么(燃料气、工作 温

度和优缺点)？ ①碱性燃料电池,主要用于空间科学，低温型(60-220 °C) ②磷酸燃料电池，已经达到1.3~11 MW,低温型(180-200 °C) ③ 熔融碳酸盐燃料电池，中温型(650 °C)

④ 质子交换膜燃料电池，发展很快，但成本高,低温型(80-100 °C) ⑤固体氧化物燃料电池，高温型(700-1000 °C)

23. 燃料电池的电流■电压特性图大致可以划分为三个区域，它们分別是什么？它们分别对 应

的损耗是什么，引起损耗的原因分别是什么？

大致可分为活化区域，欧姆区域，质量传输区域。分别对应活化损耗(由于电化学反 应而引起的损耗)欧姆损耗(由于离子和电子传导而引起的损耗)，浓度损耗(由于质量传 输而引起的损耗)。

24. 固体氧化物燃料电池的优点有哪些？

□发电效率高。化学能?电能，理论效率可达80%,是所有燃料电池中最高的。 □可使用多种燃料(氢气，天然气、液化石油气等)； □工作温度高，排放高温余热可进行综合利用；

□运动部件很少，低噪声。采用全固态结构，电池中无酸碱腐蚀性物质，电池的污染 排放

极低，是清洁能源；

□质量轻、体积小、比功率高(600W/kg),有较高的电流密度和功率密度，较小的极 化损失

和欧姆损失；

□不用贵金属，不存在液态电解质腐蚀及封接问题。

□替代火力发电，可将发电率由目前的40%左右提高到85%,它易于实现热电联产。 □可用做医院、居民区、矿山等小区域以及军舰等移动目标的供电电源。

25. |*|体氧化物燃料电池(SOFC)的结构有哪两类，请简要画出SOFC的结构示意图(三明 治结

构)分为平板式和管式，以下分别为平板式和管式示意图。

26. 氧化气是氧气，燃料气是氢气的固体氧化物燃料电池的阳极和阴极反应分别是什么？总 反

应是什么？

□阴极，空气电极：O2+4eT2O2- □阳极，燃料电极：

O2 +CO 9 CO2+2e' O2 +H2 H2O+2e

(煤气) （氢气）

O2+CH4 TCO2+H2O （液化气）

总反应为

2H2+O2一? 2H2O 2CO+O2 ? 2CO2 CH4+ 2O2― O2+2H20

27. 以YSZ为电解质的固体氧化物燃料电池工作原理是什么？

YSZ 为 ZrO2+ 8~10%(mol) Y2O3。

Zr4+的半径为0?072nm,而Y3+的半径为0.089nm,显然只能占据原来Zr4+的位置而不 能占据

填隙的位置，从而导致晶格出现阴离子缺位。

阴离子缺位使晶格发生畸变，使周围氧离子迁移所需克服的势垒高度大大降低，即只需少 量的激活能就能跃迁形成载流子。当掺入低价的Y3+后，为保持材料的电荷平衡会产生氧空 位，并且，随着掺杂量的增加，氧空位的浓度也增加。因此YSZ具有较好的导电能力。

28. 固体氧化物燃料电池的电解质材料冇何要求？常用的电解质材料冇哪些？

① 电解质的主要作用是在阴极与阳极之间传导离子，而电解质中电子传导会导致两极短路 而消耗能量，降低SOFC的输出功率，因此对电解质材料的基本要求是具有高的离子电导率 而电子电导率尽可能低。

② 由于电解质两侧分别与阴极和阳极接触并暴露于还原或氧化性气体中，这就要求其具有 高温下的化学稳定性，并且足够致密以防止还原气体和氧化气体相互渗透，防止燃料气和氧 化气的泄漏而发生直接燃烧反应；

③ 良好的烧结性能，足够高的强度和热震性能； ④ 电极材料的相匹配，包括热膨胀系数匹配和化学匹配。

常用的电解质材料：用Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)和SC2O3稳定的ZrO2(ScSZ)。

29?什么是YSZ?掺杂Y的量为多少时，其电导率最高？

YSZ指的是锂稳定氧化错,，为最常见的SOFC电解质材料，ZrO2+ 8~10%(mol) Y2O3的电 导

率最高。

30. 为提高萤石型结构电解质材料CeO2的电导率，盂要对其进行掺杂，通常掺杂的元索冇 那

些？

纯CeO2为萤石结构，但电导率很低，通过添加某些碱土(CaO、SrO> MgO、BaO)或稀土氧 化物(SrrhOs)后，形成有氧缺位的固溶体，电导率大大提高

31. 固体氧化物燃料电池(SOFC)对■其阳极和阴极材料有什么要求？常见的阳极和阴极材料 冇

哪些？ 阴极材料：

(1)高的电子电导率和一定的离子电导率。阴极的电子电导率越高，电子输运过程中的欧姆 损失

就越小，一般要求阴极在氧化性气氛下，电导率不低于IOOS/cmo足够高的氧离子

电导率，有利于提高阴极氧化物对氧离子的扩散输运能力和表面反应活性。 ⑵较高的催化活性。

(3) 与电解质材料和连接材料具有良好的热膨胀及化学相相容性，即在高温下，与相邻的组 分

不发生化学反应，无明显的互扩散，且热膨胀系数匹配。

(4) 稳定性，在强氧化和高温下，要具备良好的物理化学稳定性，即尺寸、形貌和化学组成 及

微结构的稳定。

⑸足够高的孔隙率，阴极的比表面是影响阴极(多相催化)反应速率的重要因素。足够高的 孔隙

率(?40%),合理的孔径分布，有利于提高阴极反应气体扩散输运速度和消除浓差 极化，同时也有利于提高阴极的催化活性。

(6)价格低廉。

常用的阴极材料：钙钛矿型掺杂的ABO3 ； K2NiF4结构的材料；层状钙钛矿结构材料淇他 材料如离子■电子混合导体CeNbO4+6o烧绿石结构的Bi2Ru2O7e氧化物尖晶石结构的

CU|.25Mri|.75O4(CMO)

阳极材料：

在还原性气氛下有高的电子电导率和离子电导率，以减少电极的欧姆损失； 高的催化活性，对氢的吸附离解催化活性。

足够的孔隙率(40%),为阳极表面反应提供燃料气的扩散和产物离开的通道。 良好的物理化学稳定性和热匹配性。

对于阳极支撑的SOFC,还要求阳极具备较好的机械强度和好的抗氧化还原性能。 常见的阳极材料：

□银基阳极

□ Cu基阳极

□钙钛矿型氧化物阳极

32. 请画出Ni电极?YSZ电解质■气体的三相界面区域的示意图，并标出离子、电子和气体等

的位置和移动方向。

H2(g) + 2e

日二—H-YSZ

2H： +03 q 込\+ U?

H

H

2°ad.YSZ ?2°(8)

Triple Phase Boundary (TPB) Electrode Reaction Layer :

v 1 O Z/ni from Hlecti*ode/Anode Interface

33. 什么是恒流■恒压充电，请画岀怛流■悝压充电充电电压、充电电流和时间的关系？ 恒流

恒压充电第一阶段以恒定电流充电；当电压达到预定值时转入第二阶段进行恒压充电, 此时电流逐渐减小；当充电电流达到下降到零时，蓄电池完全充满。