内容简介

固体氧化物燃料电池具有高效、环保、燃料多样化等优点，被公认为21世纪的绿色能源技术，对于缓解能源危机、环境污染及保障国家安全等具有重要的意义。本书1～4章主要介绍了燃料电池的原理及类型，固体氧化物燃料电池的工作原理、组成材料的特点及研究现状、阴极材料的制备和测试表征方法；5～7章以三种双钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料为例，详细阐述了其制备、测试表征及结果分析。本书可供从事固体氧化物燃料电池研究的科研工作者参考，也可作为高等院校相关专业的教学参考用书。

前言概述

能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，随着全球工业和社会的飞速发展，对于能量的需求与日俱增。如今，全球各国能源消费的主体仍然是煤、石油和天然气等传统化石燃料，这些传统的不可再生能源不仅储量有限，而且在使用过程中会排放出大量的二氧化碳、一氧化碳、硫化物和氮氧化物等有毒气体及大量的粉尘，造成严重的环境污染。为了应对能源危机与环境污染的严峻挑战，全世界各国都在积极探索清洁高效的能源转换方式，而燃料电池技术则被看作是最具有发展前景的能源转换技术之一。燃料电池（FuelCell）是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能不经过燃烧过程而直接转化为电能的装置，是继水力、电力和核能发电之后的第四代新型发电技术。其中，固体氧化物燃料电池（Solid
OxideFuelCell，简称SOFC）以其高效、环保、燃料多样化等突出优点而备受关注，被公认为21世纪的绿色能源技术，对满足电力需求、缓解能源危机、保护生态环境及保障国家安全都具有重大意义。传统的SOFC需在1000℃左右的高温工作才能获得合适的电池输出性能，然而过高的工作温度带来了密封困难、组件间热膨胀不匹配、电池寿命短及运行成本高等诸多问题，因此，将SOFC的工作温度由高温（大于1000℃）降至中温（500～800℃）甚至低温（100～400℃）是目前该领域的研究重点。SOFC工作温度的降低能够扩大材料的选择范围、增加电池的稳定性、延长电池的使用寿命及降低电池的运行成本等。但与此同时，温度降低会使氧在阴极上的还原反应所导致的极化电阻增大，造成电池性能的迅速衰减。因此研发在中低温区具有优异的电化学催化性能的阴极材料是当前SOFC领域的研究热点，这对于加速实现SOFC的商业化应用具有重要的意义。本书共分为7章：第1章主要介绍了燃料电池的原理、发展历程及分类；第2章详细介绍了SOFC的工作原理、结构类型、发展现状、SOFC组成材料的要求及特点，以及各种类型的SOFC阳极、电解质和阴极的研究现状，包括Ni基、CeO2基和钙钛矿型阳极材料，ZrO2基、CeO2基、Bi2O3基、LaGaO3基和复合电解质材料，钙钛矿型、双钙钛矿型、类钙钛矿型和复合阴极材料；第3章介绍了几种常用的SOFC阴极材料制备方法，包括固相法、溶胶-凝胶法、水热法和甘氨酸-硝酸盐法；第4章介绍了几种SOFC阴极材料常用的测试表征方法，包括粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、线膨胀系数测试、密度测试、电导率测试及电化学交流阻抗测试；第5～7章详细介绍了SrBiMTiO6
(M=Fe,Mn,Cr)、LaBa05Sr05-xCaxCo2O5δ(x=0,025)和La2-xBixCu05Mn15O6(x=0,01和02)三种SOFC阴极材料，包括材料的制备过程、材料的测试表征及结果分析。本书的出版得到了国家自然科学基金（No21805013）的资助，在此表示感谢！本书在编写过程中，参考了诸多著作和文献，在此对参考文献的著作者和出版社表示衷心的感谢！由于编者水平有限，书中可能存在纰漏和不足之处，恳请广大读者批评指正！

作者介绍

姚传刚，男，渤海大学化学与材料工程学院副教授。2016年博士毕业于中科院长春应化所，曾荣获2019年锦州市自然科学学术成果二等奖。参与编写专著《锂离子电池磷酸盐系材料》（冶金工业出版社），以第一作者发表SCI论文9篇。

目录

1 燃料电池简介
1.1 燃料电池的发展历史
1.2 燃料电池的原理
1.3 燃料电池的分类
1.3.1 碱性燃料电池
1.3.2 熔融碳酸盐燃料电池
1.3.3 磷酸型燃料电池.
1.3.4 固体氧化物燃料电池
1.3.5 质子交换膜燃料电池
参考文献
2 固体氧化物燃料电池
2.1 SOFC的工作原理
2.2 固体氧化物燃料电池的优点
2.3 固体氧化物燃料电池的结构类型及特点
2.3.1 管式SOFC
2.3.2 平板式SOFC
2.3.3 瓦楞式SOFC
2.4 固体氧化物燃料电池的发展现状
2.5 固体氧化物燃料电池的组成材料
2.5.1 SOFC电解质材料
2.5.2 SOFC阳极材料
2.5.3 SOFC阴极材料
2.5.4 SOFC连接材料
2.6 SOFC阳极材料的研究现状
2.6.1 Ni基阳极材料
2.6.2 CeO2基阳极材料
2.6.3 钙钛矿型阳极材料
2.7 SOFC电解质材料的研究现状
2.7.1 Zr0,基电解质材料
2.7.2 CeO2基电解质材料
2.7.3 Bi203基电解质材料
2.7.4 LaGa0g基电解质材料
2.7.5 复合电解质材料
2.8 SOFC阴极材料的研究现状
2.8.1 阴极反应机制
2.8.2 钙钛矿型阴极材料
2.8.3 双钙钛矿型阴极材料
2.8.4 类钙钛矿型阴极材料
2.8.5 复合阴极材料
参考文献
3 固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法
3.1 固相法
3.2 溶胶-凝胶法
3.3 水热法
3.4 甘氨酸-硝酸盐法
参考文献
4 固体氧化物燃料电池阴极材料的测试表征方法
4.1 粉末X射线衍射
4.1.1 X射线衍射基础理论
4.1.2 X射线衍射方法
4.1.3 X射线衍射仪的构造
4.1.4 X射线的产生
4.2 扫描电子显微镜
4.2.1 扫描电子显微镜的结构
4.2.2 扫描电子显微镜的工作原理
4.3 透射电子显微镜
4.3.1 透射电子显微镜的结构
4.3.2 透射电子显微镜的原理
4.4 X射线光电子能谱
4.4.1 X射线光电子能谱仪的结构
4.4.2 X射线光电子能谱仪的原理
4.5 热膨胀系数（TEC）测试
4.6 密度测试
4.7 电导率测试
4.8 电化学交流阻抗测试
参考文献
5 SrBiMTiO6(M=Fe、Mn、Cr)阴极材料的制备及性能研究
5.1 引言
5.2 样品的制备
5.2.1 SrBiMTiO6(M=Fe、Mn、Cr)样品的制备
5.2.2 SrBiMTiO6(M=Fe、Mn、Cr)致密样品的制备
5.2.3 CeogSmo2O2-δ（SDC）电解质的制备
5.2.4 对称电池的制备
5.3 X射线衍射分析
5.4 X射线光电子能谱分析
5.5 热重-差示扫描量热法分析
5.6 线膨胀系数分析
5.7 化学兼容性分析
5.8 电导率分析
5.9 电化学交流阻抗分析
5.10 扫描电子显微镜分析
5.11 总结
参考文献
6 LaBa0.5Sr0.5-xCaxCo2O5+δ(x=0，0.25）阴极材料的制备及性能研究
6.1 引言
6.2 样品的制备
6.2.1 LBSC和LBSCC样品的制备
6.2.2 LBSC和LBSCC致密样品的制备
6.2.3 CeagSmo2O2-a(SDC）电解质的制备
6.2.4 对称电池的制备
6.3 X射线衍射分析
6.4 X射线光电子能谱分析
6.5 热重分析
6.6 线膨胀系数分析
6.7 化学兼容性分析
6.8 电导率分析
6.9 扫描电子显微镜分析
6.10 电化学交流阻抗分析
6.11 电池输出性能分析
6.12 总结
参考文献
7 La2-xBi,Cu0.5M1.5O6(x=0，0.1和0.2) 阴极材料的制备与性能研究
7.1 引言
7.2 样品的制备
7.2.1 LBCM-x(x=0，0.1和0.2)样品的制备
7.2.2 LBCM-x(x=0，0.1和0.2)致密样品的制备
7.2.3 Ce0.8Sm0.2O2-δ(SDC)电解质的制备
7.2.4 对称电池的制备
7.3 X射线衍射分析
7.4 X射线光电子能谱分析
7.5 热重-差示扫描量热法分析
7.6 氧空位生成能的第一性原理计算
7.7 线膨胀系数分析
7.8 化学兼容性分析
7.9 电导率分析
7.10 扫描电子显微镜分析
7.11 电化学交流阻抗分析
7.12 总结
参考文献