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固体氧化物燃料电池（SOFC）的研究进展

摘要：以固体氧化物为电解质的燃料电池被称作固体氧化物燃料电池（SOFC），是一种工作在较高温度（800-1000℃）的燃料电池。其相关研究开始于20 世纪40年代，然而直到 80 年代以后才得以较快发展。相比于其他燃料电池，SOFC 具有其自身特点，并且在特定领域具有突出优势，成为近年来发展最快的燃料电池类型之一。其较突出特点和优势有：结构灵活，模块化程度高，燃料灵活，成本较低，功率较大，效率较高，环境友好等。 关键词：SOFC 电解质 阳极 阴极 YSZ 高效

引言：

在人类的文明进程中，每种新的能源以及新的能源利用方式都可以改变人类社会的生产生活方式，推动人类文明的进步，具有重大的意义，前苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫（Nikolai Kardashev），更是将能源的利用总量作为文明分级的量化标准。18 世纪蒸汽机的出现则开启了工业时代，1712 年英国的托马斯·纽科门发明了纽科门蒸汽机，1776 年詹姆斯·瓦特（James Watt）对蒸汽机进行了重大改进，大大提高了其效率，而使得蒸汽机得到广泛的应用，使之成为―万能的原动机‖，而瓦特也被称作“工业革命之父”。19 世纪中石油开始工业开采，内燃机得到完善，更加高效而易于移动的内燃机逐渐在动力机械领域取代蒸汽机，而石油也成了人类最重要的能源。1831 年法拉第发明了发电机，这则开启了第二次工业革命，开始了人类的现代化进程。第二次世界大战以后，人类经济进入较长的繁荣期，能源消耗不断增大，如图1.1 所示，石油、煤炭和天然气等燃料占主要地位，并且用量不断增大。20 世纪70 年代以来的数次石油危机和使用化石燃料所产生的环境污染及全球变暖等问题，迫使人们寻求新的能源，以及寻求化石能源更高效清洁的利用方式。新能源方面，如核能、太阳能、风能及生物质能等的利用不断取得进展；而化石能源方面，内燃机和蒸汽轮机的效率不断提升，最高热效率都可以达到45%以上，煤气化多联产技术则使煤炭的利用更加高效和多样化。

图一

本文后面主要涉及的燃料电池，并不是一种新的能源，而是一种新的能源利用方式，或者说新能源技术。与其他新能源技术一样，燃料电池也是以发电为目的，但与传统的蒸汽轮机和内燃机发电不同的是，燃料电池直接将燃料中的化学能转化为电能，而不需要通过热能、机械能等中间转换环节，因而可以取得更高的转化效率。

1.为了进一步研究SOFC的相关知识，在网上通过一些论文数据库首先利用web of science，因为之前上课需要下载文献，所以把图书馆的外文参考都点了个遍，发现还是Web Of Science最实用。由于网站的原因，最好使用IE浏览器。首先从图书馆网站上的数据库链接中进入Web Of Science界面：当然了，首先你需要做的是根据网页的指示注册账号，然后登陆：在这个下拉菜单里你可以选择你需要搜索的数据库，我一般使用第一个，核心合集。这里可以选择检索方式，个人建议使用高级检索，结果更准确。在这个网页的右边有高级检索指令的解释，一般常用出版年（PY），主题（TS），搜索SOFC相关的文献，便可如下搜索：点击“检索”命令按钮，在页面的下方会出现如下界面：点击“检索结果”中的“7687”这个数字，就可以看到文章了。 文章太多，在页面的左边还可以从很多方面精炼检索结果，我们找到需要的文章之后，就可以根据指示下载文章了。下图就是我检索的一个截图，从图中我们可

图二

以看到左边可以进行精炼检索，右边是在数据库中检索到的文章，从其中就可以挑选我们所需要的文章。其中就有一篇A Review of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Dynamic Models，这是一篇介绍SOFC模型的一片综述，其中利用的是comsol软件建模的一种方法，具体说是近年来，数值建模方法在SOFC 研究中的应用越来越广泛和深入，也被越来越多用于碳基SOFC 的研究之中，SOFC 的制作和测试都需要复杂昂贵的设备和较长的周期，而数值模拟方法可以快速对多个参数进行连续测试和分析，免去了反复制作电池的费用和时间，因而在对SOFC 系统性的研究中十分必要。

通过学校图书馆的搜索导航还可以利用EI进行数据库检索，用的检索式是SOFC+仿真+模型，其中搜索界面是下图

图三

有一篇A model for solid oxide fuel cell (SOFC) stack degradation，介绍的电池堆的退化。 上面两种方法是在课堂上所学习的，学之后就在用，以前搜索是利用Google学术和百度学术进行搜索，其中Google搜索的一般不能进行进一步的筛选，不能对作者或者年份筛选，1利用百度学术的搜索式直接输入SOFC进展，可以找到几篇关于SOFC的文献如高温固体氧化物燃料电池的进展，介绍SOFC 发展出多种类型以适应不同需求，但主要分为平板和管状两种基本结构，平板结构几何形状简单，制作工艺难度较低，结构灵活，管状SOFC 具有结构坚固，不易开裂，密封和连接较为容易等优点。2利用中国知网CNKI进行检索，检索式关键词SOFC+现状+核心期刊或者+>2013。一共检索到1316个结果。3利用维普检索，共检索到18篇文献，例如高温固体氧化物燃料电池（SOFC）进展 出处：《化学进展》 1997年 第4期 作者：江义 固体氧化物燃料电池采用的是全固体的电池结构，不存在液体电解质带来的腐蚀和流失等问题，而且具有燃料适应性广等突出优点，近几年发展非常迅速，已经展示出作为集中或分散发电新技术的前景及管式SOFC制备技术进展 出处：《电源技术》 2013年 第7期 作者：孔叶娟 武俊伟，综述了管式固体氧化物燃料电池（SOFC）的制备方法。介绍制备管式SOFC的关键部分——电解质、阳极、阴极及连接体的材料,总结了以多孔陶瓷、阴极、阳极、电解质为支撑体的各类管式SOFC的生产工艺及...

小结：学了一学期文献检索课。在老师的帮助下对每个检索工具尤其是wos和EI都有更进一步的认识。现在可以运用不同的检索工具来获得自己需要的文献。通过学习这门课程我学会了许多检索工作的技巧和方法，使我的检索过程简洁了许多时间和精力都节省了不少工作效率大大提高，但有的时候在选取各种搜索工具的时候还得思考，能够按照需求选到最适用的工具。我想通过今后不断的努力锻炼我检索的效率会更高的。