1.2.1　电池单元结构及工作

固体氧化物燃料电池一般采用具有氧离子传导能力的氧化物作为电池电解质。图1.11显示了一个典型的平板型SOFC单元,主要包括七层:①阳极侧连接体,主要用于阳极侧燃料分配和电流收集;②多孔复合阳极支撑层;③复合阳极间隙层;④致密YSZ电解质层;⑤复合阴极间隙层;⑥多孔阴极电流收集层;⑦阴极连接体,主要用于空气分布和电流收集。

图1.12给出了典型固体氧化物燃料电池微结构电镜图及其工作过程示意图。由于电解质具有氧离子传导能力,所以电池整体反应的两个半反应须以氧离子作为中间介质,以简单的H₂+0.5O₂H₂O为例,其与氧离子相关的阴极和阳极反应为:

0.5O₂+2e-O2-

H₂+O2-H₂O+2e-

在阴极侧,流道中的氧气通过多孔阴极传输到阴极三相电化学反应区域(气相⁃电子传导LSM相⁃离子传导YSZ相);在三相反应位置氧气与通过外电路传导过来的电子反应生成氧离子;氧离子通过电解质以及复合阳极的离子传导相传导到阳极三相线反应位置(气相⁃电子传导Ni相⁃离子传导YSZ相),在这里氧离子与燃料中的氢气反应生成电子和水,水通过阳极多孔结构传输到阳极流道,电子通过阳极的电子传导相和外电路经负载循环到阴极反应位置。

图1.12　典型固体氧化物燃料电池微结构电镜图[7]及工作过程示意图

因此,我们可以发现多孔复合阴极同时起到传输物质、传导电子电荷和离子电荷以及支持电化学半反应的作用。