氫能技術應用專業(yè)教學資源庫固體氧化物燃料電池（熱電聯(lián)供）目錄CONTENTS固體氧化物燃料電池的工作原理與結構01固體氧化物燃料電池的制造0201固體氧化物燃料電池的工作原理與結構固體氧化物燃料電池的結構固體氧化物燃料電池的整體構造為全固態(tài)結構，電解質使用固體氧化物材料，工作溫度一般在600℃以上，由于高溫環(huán)境無需純氫氣作為燃料，可以利用重整反應將碳氫化合物轉換為氫氣，能夠直接使用氫氣、一氧化碳、甲烷和乙醇等各種可燃氣體作為燃料。SOFC的高溫工作條件保證了它具有較高的反應速度和發(fā)電效率，高溫尾氣用于余熱復合發(fā)電能使綜合效率達到83%。固體氧化物燃料電池的結構SOFC的常見結構包括圓管式、平板式。圓管式SOFC如圖，單個燃料電池的結構包括陽極、陰極、電解質、連接體等。單個SOFC電池通串聯(lián)或者并聯(lián)組成電池堆。工作時，內部圓管通入空氣，內外圓管夾層通入燃料。固體氧化物燃料電池的結構平板式SOFC如圖，電堆由多個單電池串聯(lián)堆疊而成，各個組件均為平板式結構。平板式SOFC由空氣電極、固態(tài)電解質以及電極燒結而成，形成PEN板（Positiveelectrode-Electrolyte-Negativeelectrodeplate）。PEN平板由雙面刻有流道的雙極板連接，空氣和燃氣分別從雙極板兩側的導氣槽中交叉流過。

固體氧化物燃料電池的工作原理氧氣在多孔陰極內通過催化反應得到電子轉化為氧離子，氧離子通過固體電解質傳輸?shù)疥枠O，之后氧離子與多孔陽極內的氫氣經(jīng)過催化和反應最終變成水蒸氣，氫氣分子上脫離出來的電子則流經(jīng)外電路后回到陰極。固體電解質將兩側的氣體分隔開，由于兩側氧分壓的不同，產(chǎn)生了氧的化學位梯度，在該化學位梯度的作用下，在陰極獲得電子的氧離子經(jīng)固體電解質向陽極運動，在陽極與氫氣反應產(chǎn)生水分子并釋放出電子，從而在兩極形成電壓。固體氧化物燃料電池的典型特征是電解質為固態(tài)、無空隙的金屬氧化物，由氧離子在晶體中穿梭送達離子。SOFC的工作原理圖固體氧化物燃料電池的工作原理固體氧化物燃料電池適合與煤氣化、燃氣輪機、汽輪機等構成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，建造中心電站或分散電站。在陰極上，氧分子吸附解離后得到電子被還原成氧離子。O2+4e-→2O2-氧離子在電位差和氧濃度驅動力的作用下，通過電解質中的氧空位向陽極遷移，與燃料(以H?為例)發(fā)生氧化反應生成水并釋放熱量，同時釋放電子。2H2+2O2-→2H2O+4e-電池的總反應2H2+O2→2H2O其發(fā)電工作原理分為三步：02010302固體氧化物燃料電池的制造固體氧化物燃料電池堆管式SOFC單電池從內到外由一端封閉的多孔陰極支撐管、電解質、連接體和陽極組成。它由一端封閉、一端開口的管狀單體電池以串、并聯(lián)方式組裝而成。固體氧化物燃料電池堆管式SOFC電池堆制備工藝為：通過擠壓成型方法制備多孔的氧化鈣穩(wěn)定的氧化鋯支撐管，在支撐管上制備陽極、電解質薄膜和陰極，燃料從管芯輸入，空氣通過管子外壁供給，高溫燒結成型。即每個單體電池從內到外由多孔CaO穩(wěn)定的ZrO?(簡稱CSZ)支撐管、LSM空氣電極、YSZ固體電解質薄膜和Ni/YSZ金屬陶瓷陽極組成。單電池間的連接體設在還原氣氛一側，這樣可使用廉價的金屬材料作電流收集體。單電池采用串聯(lián)、并聯(lián)方式組合到一起，可避免當某一單電池損壞時電池組完全失效。用鎳氈將單電池的連接體聯(lián)結起來，可以減小單電池間的應力。0102SOFC發(fā)電系統(tǒng)千瓦級家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)02兆瓦級發(fā)電系統(tǒng)05100W的便攜式電源系統(tǒng)01分布式電源及固定電站用百千瓦04SOFC發(fā)電系統(tǒng)分類千瓦級汽車輔助電源系統(tǒng)03SOFC發(fā)電系統(tǒng)SOFC發(fā)電系統(tǒng)由熱管理系統(tǒng)、物料供應系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、SOFC電堆模塊、電力轉換系統(tǒng)等組成。SOFC發(fā)電系統(tǒng)流程圖SOFC發(fā)電系統(tǒng)SOFC系統(tǒng)示意圖SOFC發(fā)電系統(tǒng)固體氧化物燃料電池（SOFC）發(fā)電系統(tǒng)的組裝步驟包括以下幾個方面：（1）電堆模塊的組裝：按照要求完成電堆模塊的組裝。（2）燃料重整器的組裝：燃料重整器主要用于將傳統(tǒng)燃料（如天然氣或甲烷）轉化為適合SOFC系統(tǒng)使用的合成氣。首先，安裝和連接燃料進口和出口管道，然后按照設計要求安裝和組裝燃料重整器的其余部分，包括催化劑層、換熱管、反應室等。（3）燃燒器的組裝：燃燒器用于在需要額外熱源時提供燃料的完全燃燒。安裝和連接燃料進口和出口管道，然后根據(jù)設計要求安裝和組裝燃燒器的其余部分，包括燃料噴嘴、燃燒室、點火裝置等。（4）熱交換器的組裝：熱交換器用于回收電堆模塊排出的熱量，提供預熱給進入電堆的新鮮氣體。安裝和連接燃料進口和出口管道，然后根據(jù)設計要求安裝和組裝熱交換器的其余部分，包括熱交換管、冷卻劑流道等。（5）如果系統(tǒng)需要使用脫硫器來處理燃料中的硫化物，可以將其安裝和連接到燃料進口和出口管道中。（6）安裝和連接泵和風機，用于提供氣體流動的壓力和流量控制。（7）安裝和連接電堆模塊、熱交換器、燃料重整器、燃燒器