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SOFC 47
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 LaAlO3 83
4.6.2 Ca、Sr、Mg掺杂LaGaO3 85
4.6.3 过渡元素掺杂LaGaO3 90
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SOFC 169
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SOFC 188
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