基于對稱雙陰極結(jié)構(gòu)的固體氧化物燃料電池與電堆技術(shù)取得進展
固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，簡寫為SOFC）能直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，既具備高發(fā)電效率又不會對環(huán)境造成傷害，是能源界最有發(fā)展前景的能源利用方式之一。其中，平板式固體氧化物燃料電池因其工藝簡單、成本低廉而受到眾多科研單位以及公司企業(yè)最為廣泛的研究，寧波料所固體氧化物燃料電池團隊也是其中一員。團隊在對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的平板式SOFC電堆和系統(tǒng)大量的電性能測試中發(fā)現(xiàn)，單電池本身結(jié)構(gòu)的不對稱性很大程度上導(dǎo)致了高溫下電堆和系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定性，基于此點團隊提出了一種新型結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物燃料電池。
相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池，新型結(jié)構(gòu)的平板式固體氧化物燃料電池的創(chuàng)新之處在于結(jié)構(gòu)上的對稱性。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池在經(jīng)過還原后再氧化會出現(xiàn)明顯變形翹曲，嚴(yán)重時電池會發(fā)生開裂破碎。新型結(jié)構(gòu)電池為對稱雙陰極結(jié)構(gòu)，它將電池外部的不平衡形變轉(zhuǎn)化為電池內(nèi)部的應(yīng)力平衡，對稱雙陰極結(jié)構(gòu)電池在還原氧化后基本沒有發(fā)生電池外形上的位移變化。而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池和對稱雙陰極結(jié)構(gòu)電池的還原氧化對比實驗也得到與理論模擬相同的結(jié)果。對稱雙陰極結(jié)構(gòu)電池結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性使單片SOFC電池高功率化成為了可能，團隊成功實現(xiàn)了從低功率（集流面積3cm×3cm×2=18
）、高功率（集流面積9cm×10cm×2=180
）到現(xiàn)有的超高功率（集流面積15cm×22cm×2=660
）對稱雙陰極結(jié)構(gòu)電池的制備，前兩種規(guī)格的電池均已實現(xiàn)組裝測試，其中的高功率電池在750℃下穩(wěn)定運行的功率密度可達到0.2
。
目前，研究團隊正在將超高功率電池組裝應(yīng)用起來，一旦成功將實現(xiàn)單片SOFC電池功率上百瓦，這對未來SOFC電池的實際應(yīng)用而言將是一個巨大的飛躍。理論設(shè)計電池結(jié)構(gòu)示意圖對稱雙陰極結(jié)構(gòu)電池同樣有利于電堆的集成和系統(tǒng)的組裝。不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SOFC電池堆，對稱雙陰極結(jié)構(gòu)的電池堆不需要通過密封來隔絕陰陽極氣氛，因此對稱雙陰極結(jié)構(gòu)電堆的組裝不必如傳統(tǒng)電堆那么精密，只需要確保通氣的順暢和集流的良好就可以了。
圖1 電池結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 理論設(shè)計
圖3 不同面積的對稱結(jié)構(gòu)電池
圖4 電池瞬態(tài)性能
圖5 電池?zé)嵫h(huán)性能
圖6 對稱雙陰極結(jié)構(gòu)電池穩(wěn)態(tài)輸出性能
圖7 電堆單元結(jié)構(gòu)
（新能源所 劉武 王建新 官萬兵 楊鈞）