1.2.2 固体氧化物燃料电池材料

(1) 固体氧化物燃料电池的电解质材料

电解质是电池的核心部分，电解质的性能是决定电池工作温度以及性能的关键，因此，在固体氧化物燃料电池（SOFC）的研究中，电解质就显得尤为重要。目前全稳定型ZrO2陶瓷材料是固体氧化物燃料电池（SOFC）中应用最为广泛的电解质材料[5]。目前固体氧化物燃料电池的电解质材料主要分为萤石型材料和铁矿型材料。

萤石型材料主要包括ZrO2基、CeO2基和Bi2O3基。ZrO2基在常温下属于单斜晶系，当温度达到2370 ℃时，可转变为立方萤石结构。但是这样得到的立方萤石结构不稳定，因此，可通过掺杂一些二价、三价的金属氧化物来提高其稳定性[6]。纯的CeO2为单一萤石结构，经过掺杂后CeO2的相较钇稳定氧化锆（YSZ）具有更高的离子电导率、更低的活化能[7]。δ-Bi2O3具有萤石结构，Meng等人对Bi2O3的三元体系展开了研究来稳定δ相，也取得了较好的实验结果[8]。

铁矿型材料主要是LaGaO3基，Ishihara等人通过研究发现，在氧分压范围较大的情况下，铁矿型结构的LaGaO3基材料具有良好的离子电导性，而其电子电导很弱，几乎可以忽略[9~10]。铁矿型结构材料是中温固体氧化物燃料电池一个很好的应用方向，但也具有其自身的缺陷。

(2) 固体氧化物燃料电池的阳极材料

氢气作为还原性气体，从阳极进入燃料电池中，所以，阳极材料除了具有优良的导电性外，还必须具有一定的稳定性。此外，由于氧化产物需要从阳极和电解质中分离，因此，阳极材料还需要具备多孔结构[11]。

人们在最初的研究中使用焦炭作为阳极材料，之后延伸至金属，由于镍价格相对较低，因此被广泛应用[12]。

(3) 固体氧化物燃料电池的阴极材料

氧气作为氧化性气体，从阴极进入燃料电池中，所以，阴极材料需要有强的电子导电性和化学稳定性，并且需要具备与电解质及燃料电池其他材料高的热匹

配性、一定的相容性和尽可能低的反应性。此外，由于阴极材料还需要具备多孔结构，这是为了能够使得氧气能够快速的进入电解质和阴极界面[13~14]。

贵金属、掺杂后的ZnO2、掺杂后的SnO2等可用于燃料电池的阴极材料，但是它们大多不具有价格优势或者性能无法达到要求，因此，人们希望找到一种另外的材料来满足需求。二十世纪七十年代后，钙钛矿型氧化物逐渐进入了人们的视野，由此也拉开了阴极材料的新篇章[15]。

(4) 固体氧化物燃料电池的连接材料

作为电池间的连接枢纽，电池的连接材料也具有一定的重要性。它需要具备的条件有：高导电性、高致密性、良好的稳定性以及不与电池、电解质及其他电极材料反应。目前常用的连接材料是铬酸镧基。当铬酸镧基材料中La3+和Cr3+位置由其他低价位的离子，如Ca、Sr、Mg等取代时，铬酸镧基材料的电导率将会迅速增加[16]。