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第1章 固体氧化物燃料电池介绍1

1.1 背景1

1.2 历史概述2

1.3 氧化锆氧传感器3

1.4 氧化锆的应用和生产4

1.5 高质量电解质的制备工艺6

1.6 电极材料和电极反应7

1.7 电池连接体9

1.8 电池和电池堆的设计11

1.9 SOFC发电系统12

1.10 燃料因素13

1.11 与热机竞争及结合14

1.12 应用领域和聚合物电解质燃料电池的关系15

1.13 SOFC的相关出版物16

参考文献17

第2章 燃料电池历史20

2.1 固体电解质燃气电池的起源20

2.2 从固体电解质燃气电池到SOFC的发展22

2.3 最初的SOFC的详细研究24

2.4 20世纪60年代的进展27

2.5 实用SOFC的进展33

参考文献37

第3章 热力学44

3.1 引言44

3.2 理想的可逆SOFC47

3.3 欧姆电阻和燃料利用时的混合效应引起的电压损失52

3.4 产生电和热的燃料电池的热力学定义56

3.5 SOFC混合系统的热力学理论58

3.6 电池混合系统的设计原理65

3.7 小结68

参考文献69

第4章 电解质71

4.1 引言71

4.2 萤石结构的电解质71

4.3 氧化锆基氧离子导体76

4.4 氧化铈基氧离子导体79

4.5 氧化锆基和氧化铈基电解质薄膜的制备81

4.6 钙钛矿结构电解质83

4.6.1 LaAlO383

4.6.2 Ca、Sr、Mg掺杂LaGaO385

4.6.3 过渡元素掺杂LaGaO390

4.7 其他结构的氧化物91

4.7.1 钙铁石（如Ba2In2O5）91

4.7.2 非立方氧化物93

4.8 质子传导氧化物95

4.9 小结97

参考文献97

第5章 阴极102

5.1 引言102

5.2 钙钛矿阴极材料的物理特性和物理化学特性103

5.2.1 点阵结构、氧的非化学计量数及化合价的稳定性103

5.2.2 电导率105

5.2.3 热膨胀107

5.2.4 表面反应速率和氧离子电导率108

5.3 钙钛矿阴极与氧化锆反应112

5.3.1 热力学因素112

5.3.2 实验结果114

5.3.3 阴极／电解质反应和电池性能116

5.3.4 中温SOFC阴极117

5.4 钙钛矿阴极与连接体的兼容性119

5.4.1 阴极与氧化物连接体的兼容性119

5.4.2 阴极与金属连接体的兼容性120

5.5 阴极制备122

5.6 小结123

参考文献123

第6章 阳极128

6.1 引言128

6.2 阳极要求128

6.3 金属陶瓷阳极的选择130

6.4 金属陶瓷制备131

6.5 稳态条件下的阳极特性133

6.6 平衡态附近的暂态阳极特性135

6.7 带负载的阳极特性137

6.8 阳极在非氢燃料下的运行状况140

6.9 碳氢化合物直接氧化阳极141

6.10 小结144

参考文献144

第7章 连接体147

7.1 引言147

7.2 陶瓷连接体（铬酸镧和铬酸钇）148

7.2.1 电导率148

7.2.2 热膨胀151

7.2.3 热导率151

7.2.4 机械强度152

7.2.5 工艺153

7.3 金属连接体154

7.3.1 铬基合金155

7.3.2 铁素体钢156

7.3.3 其他金属材料159

7.4 金属连接体保护层和接触材料160

7.5 小结162

参考文献162

第8章 电池及电池堆设计169

8.1 引言169

8.2 平板式SOFC169

8.2.1 电池制备176

8.2.2 电池和电池堆性能178

8.3 管式SOFC的设计180

8.3.1 电池运行和性能183

8.3.2 管式电池堆184

8.3.3 其他管式电池186

8.4 微管式SOFC188

8.5 小结193

参考文献193

第9章 电极极化198

9.1 引言199

9.2 欧姆极化200

9.3 浓差极化201

9.4 活化极化205

9.4.1 阴极活化极化209

9.4.2 阳极活化极化214

9.5 极化测试（电化学阻抗谱法）215

9.6 小结220

参考文献221

第10章 电极、电池和小电池堆的测试224

10.1 引言224

10.2 电极测试225

10.3 电池和小电池堆测试229

10.4 面电阻（ASR）234

10.5 电极和电池测试结果的比较238

10.5.1 总损失中的非活性贡献240

10.5.2 温度测量误差240

10.5.3 阴极特性240

10.5.4 电池阻抗分析242

10.6 电池测试中的漏气问题243

气体泄漏程度评价244

10.7 小结245

参考文献246

第11章 电池、电池堆和系统模型250

11.1 引言253

11.2 气流模型和热模型254

11.2.1 质量平衡254

11.2.2 动量守恒254

11.2.3 能量守恒255

11.3 连续统电化学模型257

11.4 化学反应和速率方程261

11.5 电池和电池堆模型264

11.6 系统层次的模型269

11.7 热应力模型270

11.8 电极层次的电化学模型272

11.8.1 电极层次模型的原理与方法273

11.8.2 基于传质分析的电极模型275

11.8.3 基于整体浓度、电势和电流分布的一元多孔电极模型275

11.8.4 蒙特卡罗（Monte Carlo）或随机电极结构模型277

11.9 分子层次模型278

11.10 小结279

参考文献279

第12章 燃料与燃料处理284

12.1 引言284

12.2 燃料种类285

12.3 直接和间接内部重整288

12.3.1 直接内部重整290

12.3.2 间接内部重整291

12.4 水蒸气、二氧化碳以及部分氧化重整碳氢化合物292

12.5 碳氢化合物直接电催化氧化295

12.6 积炭295

12.7 耐硫性和除硫299

12.8 燃料处理的阳极材料300

12.9 可再生燃料在SOFC电池堆中的应用301

12.10 小结302

参考文献303

第13章 系统与应用309

13.1 引言309

13.2 能源市场的趋势和SOFC的适应性311

13.3 发电系统的竞争和SOFC的应用312

13.4 SOFC系统的设计和性能315

13.4.1 常压分布式SOFC发电系统315

13.4.2 家居、辅助电源和其他常压式SOFC系统317

13.4.3 加压式SOFC／涡轮机混合系统318

13.4.4 系统的控制和动力学320

13.4.5 SOFC系统成本322

13.4.6 SOFC系统应用举例323

13.5 SOFC系统的示范324

13.5.1 西门子西屋系统325

13.5.2 Sulzer Hexis系统328

13.5.3 其他公司的SOFC系统330

13.6 小结331

参考文献332