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第1章 燃料电池技术概述 1

1.1 燃料电池的工作原理 1

1.2 燃料电池的特点 2

1.3 燃料电池的分类 3

1.4 燃料电池的应用 4

1.5 研究进展 5

1.5.1 碱性燃料电池 5

1.5.2 磷酸燃料电池 6

1.5.3 熔融碳酸盐燃料电池 8

1.5.4 固体氧化物燃料电池（SCFC） 11

1.5.5 质子交换膜燃料电池（PEMFC） 11

1.5.6 其他类型的燃料电池 13

第2章 中温固体氧化物燃料电池技术 16

2.1 SOFC的工作原理 17

2.2 SOFC的结构类型 18

2.3 SOFC的特点和应用 19

2.4 SOFC的研究进展 20

2.4.1 国外研究进展 20

2.4.2 国内研究进展 22

2.4.3 SOFC的中温化 22

2.5 SOFC的构件材料研究状况 23

2.5.1 SOFC的阴极材料 24

2.5.2 SOFC的电解质材料 25

2.5.3 SOFC的阳极材料 27

2.5.4 SOFC的互连接材料 28

2.5.5 SOFC的密封材料 29

2.5.6 SOFC电池制备技术 29

第3章 中温固体氧化物燃料电池新型阴极材料 32

3.1 阴极材料La1-xSrxFe1-yMnyO3-δ（LSFM） 32

3.1.1 柠檬酸盐法制备LSFM的过程 34

3.1.2 柠檬酸盐法制备LSFM的性能 38

3.2 阴极材料La1-xSrxFe1-yCoyO3-δ（LSFC） 42

3.2.1 EDTA螯合溶胶-凝胶法制备的关键 43

3.2.2 EDTA螯合溶胶-凝胶法制备LSFC工艺优化 46

3.2.3 LSCF材料结构和性能研究 50

3.3 阴极材料La0.8 Sr0.2 Co0.085CuxFe0.9 15-xO3-δ（LSCCuF） 53

3.3.1 XRD分析 54

3.3.2 SEM及EDS分析 55

3.3.3 电导率测量结果与分析 56

3.3.4 LSCCuF与电解质的化学相容性研究 57

3.4 阴极材料La0.8 Sr0.2 Co0.05FexMn0.9 5-xO3-δ（LSCFM） 57

3.4.1 差热-热重分析 57

3.4.2 粉体预烧和膜体的制备 58

3.4.3 XRD检测 59

3.4.4 扫描电镜 59

3.4.5 能谱分析 59

3.4.6 电导率σ和电导活化能Ea 59

3.4.7 碘滴定 61

3.5 阴极材料La1-x-ySrxCayFe1-zCozO3-δ（LSCaFC） 61

3.5.1 XRD分析和EDS分析 61

3.5.2 SEM和BET结果 62

3.5.3 激光粒度分析 62

3.5.4 碘滴定法测量样品的氧非化学计量值 63

3.5.5 材料电导率 63

3.5.6 LSCaFC与LSGM电解质的化学相容性 64

3.6 阴极材料La1-x-ySrxCayMn1-zCozO3-δ（LSCMC） 65

3.6.1 La1-x-ySrxCayMn1-zCozO3-δ（LSCMC）DSC/TG分析 65

3.6.2 变温X-射线衍射分析 65

3.6.3 电子探针显微（EPMA）分析 69

3.6.4 粒度分析 69

3.6.5 材料制备焙烧曲线 70

3.6.6 材料的电导性能 70

3.6.7 电导活化能 71

3.6.8 特征温度、体积密度及微观形貌 72

3.6.9 材料的热性能 72

3.6.10 材料的化学性能 73

3.6.11 催化性能 74

3.6.12 阴极材料的氧表面交换 75

第4章 中温固体氧化物燃料电池新型阳极材料 76

4.1 阳极材料La1-xSrxCr1-yMnyO3-δ（LSCM） 76

4.1.1 改进固相法制备LSCM阳极材料 76

4.1.2 GNP法制备LSCM阳极材料 83

4.2 阳极材料La1-xSrxCr1-y-zMnyCozO3-δ（LSCMCo） 87

4.2.1 LSCMCo的物相分析 87

4.2.2 LSCMCo的形貌分析 88

4.2.3 LSCMCo的电导性能 88

4.2.4 LSCMCo的催化性能 90

4.3 阳极材料Ce0.8 Ca0.2 O1.8 （CDC82） 90

4.3.1 CDC82前驱体物料的热分析 91

4.3.2 CDC82的物相分析 91

4.3.3 CDC82的生成机理探讨 91

4.3.4 CDC82的形貌分析 92

4.3.5 CDC82的电导性能 93

4.3.6 CDC82与LSGM和LSCM的化学相容性 94

4.3.7 CDC82的催化性能 94

4.4 阳极材料Ce0.8 Gd0.2 O2-δ（GDC82） 95

4.4.1 GDC82前驱体物料的热分析 95

4.4.2 GDC82的物相分析 95

4.4.3 GDC82的生成机理探讨 95

4.4.4 GDC82的形貌分析 96

4.4.5 GDC82的电导性能 96

4.4.6 GDC82与LSGM和LSCM的化学相容性 97

4.4.7 GDC82的催化性能 98

4.5 阳极材料Ce0.8 Ca0.2 O2-La0.7 Sr0.3 Cr0.5 Mn0.5 O3-δ（CDC-LSCM） 99

4.5.1 CDC-LSCM热重分析检测结果 99

4.5.2 CDC-LSCM XRD物相分析检测结果 99

4.5.3 CDC-LSCM扫描电镜显微结构分析 102

4.5.4 CDC-LSCM能谱分析结果 102

4.5.5 CDC-LSCM与电解质YSZ相容性测试 103

4.5.6 CDC-LSCM在氢气中的催化性反应 103

4.5.7 CDC-LSCM在空气和氢气气氛下的电导率 104

4.6 新型阳极材料3Ce0.8 Ca0.2 O0.2 -7La0.7 Sr0.3 Cr0.5 Mn0.5 -yCoyO3-δ（CDC-LSCMCo） 105

4.6.1 CDC-LSCMCo的特征 105

4.6.2 CDC-LSCMCo0.1 材料的热分析 105

4.6.3 CDC-LSCMCo0.1 材料的物相分析 106

4.6.4 CDC-LSCMCo0.1 材料的能谱分析 107

4.6.5 CDC-LSCMCo0.1 材料的形貌分析 108

4.6.6 CDC-LSCMCo材料的电导性能 108

4.6.7 CDC-LSCMCo0.1 5材料分别与电解质YSZ和LSGM的化学相容性 110

4.6.8 CDC-LSCMCo0.1 5材料与电解质LSGM的热相容性 111

4.6.9 CDC-LSCMCo0.1 5材料在氢气下的催化性能 111

第5章 中温固体氧化物燃料电池新型电解质材料 113

5.1 电解质材料La1-xSrxGa1-yMgy-O3-δ（LSGM） 114

5.1.1 LSGM的合成物料分析 115

5.1.2 LSGM合成物料的热分析 117

5.1.3 LSGM的物相分析 118

5.1.4 LSGM的生成机理探讨 118

5.1.5 LSGM的能谱分析 119

5.1.6 LSGM的形貌分析 120

5.1.7 LSGM粉体的粒度分布 120

5.1.8 LSGM的导电机理及性能 121

5.1.9 GNP法制备LSGM电解质材料 125

5.1.10 固相-GNP联合烧结法制备LSGM电解质材料探索 126

5.2 LSGMC电解质材料合成及性能研究 127

5.2.1 LSGMC前驱体物料的热重分析 127

5.2.2 烧结温度 127

5.2.3 电极材料与电解质的化学相容性 128

5.2.4 LSGMC陶瓷片的形貌分析 129

5.2.5 LSGMC粉体的粒度分布 132

5.2.6 碘量法测非化学计量值 133

5.2.7 LSGMC的电导性能 133

第6章 中温固体氧化物燃料电池单电池技术及堆循环系统新流程 136

6.1 LSGM电解质与电极材料之间的相容性 136

6.1.1 LSGM电解质与备选电极材料之间的化学相容性能 136

6.1.2 LSGM电解质与备选电极材料之间的热匹配性能 136

6.1.3 备选电极材料的电导性能 139

6.2 单电池制作及性能考察 140

6.2.1 电池构件薄膜制作 140

6.2.2 电极薄膜的微观形貌 141

6.2.3 单电池性能测试与结果 145

6.3 ITSOFC堆循环系统新流程 148

6.3.1 阳极积碳机理研究 149

6.3.2 甲烷重整措施 154

6.3.3 生物质气等含甲烷燃料在SOFCs中的循环系统新流程 156

6.3.4 循环系统的工作原理与特点 156

第7章 阳极支撑中温固体氧化物燃料电池及其材料的研究 160

7.1 LSCM阳极材料的制备和性能表征 160

7.1.1 LSCM阳极材料的合成与表征 160

7.1.2 LSCM阳极基底的制备及造孔剂的选择研究 160

7.1.3 LSCM阳极材料的形貌结构 162

7.1.4 LSCM多孔阳极对甲烷的催化活性 165

7.1.5 LSCM多孔阳极的电导率 165

7.2 NiO-LDC阳极材料的制备和性能表征 166

7.2.1 LDC材料制备及性能研究 167

7.2.2 NiO-LDC阳极片制备及性能研究 169

7.3 LSGM电解质薄膜的制备和性能表征 174

7.3.1 固相法合成LSGM电解质材料 174

7.3.2 射频磁控溅射法制备LSGM电解质薄膜 175

7.3.3 LSGM电解质薄膜的表征及工艺优化 177

7.3.4 浆料旋涂法制备LSGM电解质薄膜 192

7.3.5 LSGM电解质薄膜的表征及工艺优化 193

7.4 单电池片制备及电池性能测试 196

7.4.1 单电池片制备 197

7.4.2 LSCM阳极支撑／浆料旋涂LSGM/LSCF单电池片 197

7.4.3 LSCM阳极支撑／磁控溅射LSGM/LSCF单电池片 200

7.5 NiO-LDC阳极支撑单电池片性能测试 203

7.5.1 NiO-LDC阳极支撑／浆料旋涂LSGM/LSCF单电池片 204

7.5.2 NiO-LDC阳极支撑／磁控溅射LSGM/LSCF单电池片 207

参考文献 211