固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种高效、低碳的能源转换技术，因其燃料适应性强、发电效率高和适用于多种场景集成的特点，在未来能源体系中具有重要发展潜力。本书系统介绍了SOFC的基础理论、关键材料、电池与系统设计及性能测试方法，构建了从机理研究到工程实践的完整知识框架。前半部分重点阐述了SOFC的工作原理、材料选择、电堆结构及性能评价方法，为理解和开发高性能燃料电池提供理论基础；后半部分凝练总结了作者团队近年来的研究成果，包括一体化离子传导基体的设计、阳极抗积碳策略、高性能纳米阴极构建、电堆组件的制备方法及系统集成与运行经验，体现出鲜明的创新性和工程实用价值。
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2009年 教育部技术发明二等奖，排名第一
目录
丛书序
前言
第1章 燃料电池简介 1
1.1 氢能与燃料电池发展背景 1
1.2 燃料电池发展历史 4
1.3 燃料电池基本原理及应用 6
1.3.1 工作原理 6
1.3.2 各类燃料电池的应用 10
1.3.3 全球分布情况 12
1.4 固体氧化物燃料电池（SOFC） 13
1.4.1 SOFC简介 13
1.4.2 SOFC关键材料 13
1.4.3 单电池结构 18
1.4.4 电池堆结构 20
1.4.5 整体系统结构 21
1.5 SOFC面临的挑战 23
1.6 本章小结 25
参考文献 25
第2章 基本理论及分析方法 29
2.1 伏安特性 29
2.2 热力学分析及应用 30
2.2.1 预测可逆电压 30
2.2.2 预测阳极燃料组分 35
2.2.3 预测阳极积碳趋势 37
2.3 活化极化 38
2.3.1 阴极活化极化 41
2.3.2 阳极活化极化 45
2.4 欧姆损失 45
2.5 浓差极化 46
2.6 交流电化学阻抗谱 49
2.7 本章小结 52
参考文献 52
第3章 单电池关键材料 54
3.1 SOFC电解质 54
3.1.1 电解质材料的基本要求和种类 54
3.1.2 氧化锆基电解质 55
3.1.3 氧化铈基电解质 58
3.1.4 其他萤石结构电解质 60
3.1.5 LaGaO3基电解质 63
3.1.6 质子导体电解质 64
3.2 SOFC阳极 66
3.2.1 阳极材料的基本要求和种类 66
3.2.2 金属陶瓷阳极 67
3.2.3 钙钛矿阳极 71
3.3 SOFC阴极 74
3.3.1 阴极材料的基本要求和种类 74
3.3.2 钙钛矿电子电导阴极 76
3.3.3 钙钛矿混合电导阴极 78
3.3.4 阴极的化学稳定性 80
3.4 本章小结 82
参考文献 82
第4章 电池堆构型及组件 89
4.1 电池堆构型 89
4.1.1 平板式构型 89
4.1.2 管式构型 93
4.1.3 微管式构型 96
4.1.4 各种构型的比较 97
4.2 连接体 98
4.2.1 连接体的基本要求和种类 98
4.2.2 陶瓷连接体 99
4.2.3 金属连接体 103
4.3 金属连接体保护涂层 110
4.3.1 涂层的基本要求 110
4.3.2 涂层材料类型 111
4.3.3 涂层沉积技术 115
4.4 封接材料 117
4.4.1 封接的基本要求 117
4.4.2 玻璃陶瓷封接材料 118
4.4.3 封接技术及应用 119
4.5 本章小结 123
参考文献 124
第5章 性能测试及评价方法 128
5.1 测试装置及方法 128
5.2 伏安特性测试 130
5.2.1 温度及燃料组分的影响 130
5.2.2 燃料和空气流量的影响 133
5.3 交流阻抗谱测试 134
5.3.1 弛豫时间分布计算原理及方法 134
5.3.2 弛豫时间分布敏感性分析实验 140
5.3.3 交流阻抗测试及分析 144
5.4 发电效率测试 149
5.4.1 发电效率评估 149
5.4.2 最优发电效率工况 151
5.4.3 能效优化方案 155
5.5 运行稳定性测试 157
5.5.1 稳定性评价指标 157
5.5.2 稳定性发展现状 158
5.5.3 衰减机理的解析 159
5.6 本章小结 161
参考文献 162
第6章 一体化离子传导基体设计 167
6.1 一体化基体设计与制备 167
6.1.1 一体化基体结构设计 167
6.1.2 电解质层薄膜化 168
6.1.3 电解质层致密化 169
6.1.4 多孔骨架层孔隙调控 177
6.1.5 多层薄膜共烧结 180
6.2 一体化基体中的离子传导 186
6.2.1 孔隙参数对电导率的影响 186
6.2.2 晶粒参数对电导率的影响 187
6.3 晶界修饰与晶界电导率 192
6.3.1 锆基电解质晶界修饰 192
6.3.2 铈基电解质晶界修饰 197
6.3.3 晶界修饰的影响 201
6.3.4 晶界修饰理论分析 205
6.4 本章小结 209
参考文献 209
第7章 阳极积碳及应对措施 211
7.1 阳极积碳机理及动力学 211
7.1.1 碳沉积过程和机理 211
7.1.2 纯甲烷析碳动力学 213
7.1.3 甲烷混合物析碳动力学 217
7.1.4 合成气析碳动力学 218
7.2 甲烷燃料SOFC电化学特性 220
7.2.1 燃料组分对电化学性能的影响 220
7.2.2 燃料组分对运行稳定性的影响 223
7.2.3 工业尺寸电池测试 225
7.2.4 热中性状态确定方法 227
7.3 甲烷燃料SOFC阳极结构优化 230
7.3.1 阳极结构优化策略 230
7.3.2 H2燃料下性能比较 231
7.3.3 CH4-CO2燃料下性能比较 233
7.3.4 稳定性测试及后表征 235
7.4 本章小结 238
参考文献 238
第8章 高性能纳米阴极构建 241
8.1 一体化基体原位负载纳米阴极 241
8.1.1 纳米电极原位负载技术 241
8.1.2 基体孔隙率的影响 242
8.1.3 溶剂种类的影响 243
8.1.4 溶质浓度的影响 246
8.1.5 阴极负载量的影响 248
8.1.6 纳米电极数值模拟 252
8.2 纳米阴极材料的选择 253
8.2.1 LSCF纳米阴极 253
8.2.2 SSC纳米阴极 255
8.2.3 性能及稳定性比较 258
8.3 纳米阴极运行稳定性 259
8.3.1 LSCF阴极稳定性 259
8.3.2 乙醇水溶液浸渍 264
8.3.3 LSCF-GDC复合纳米阴极 265
8.4 工业尺寸一体化电池制备及评价 267
8.4.1 工业尺寸电池制备 267
8.4.2 输出性能评价 269
8.4.3 耐久性评价 270
8.5 本章小结 274
参考文献 274
第9章 高性能电堆组件制备 276
9.1 锰钴尖晶石涂层制备及应用 276
9.1.1 概述 276
9.1.2 涂层制备与表征 277
9.1.3 涂层稳定性及应用效果 280
9.1.4 GDC/MCO复合涂层 282
9.2 钙钛矿接触组件制备及应用 287
9.2.1 LNF接触层的制备与表征 287
9.2.2 接触层面电阻稳定性 288
9.2.3 在纽扣电池中的应用 292
9.2.4 在工业尺寸电池中的应用 298
9.3 密封件优化及应用 299
9.3.1 Ba-Si系玻璃陶瓷 299
9.3.2 电堆密封性检验方法 302
9.3.3 实际电堆封接应用 305
9.4 本章小结 309
参考文献 310
第10章 发电系统设计、集成和运行 311
10.1 系统设计原理 311
10.2 燃料电池子系统 312
10.3 燃料处理子系统 313
10.3.1 燃料的需求 314
10.3.2 燃料的纯化 316
10.3.3 燃料的重整 317
10.3.4 电堆尾气处理 322
10.4 热管理子系统 329
10.4.1 基本作用 329
10.4.2 热管理分析方法 331
10.4.3 热管理子系统示例 334
10.5 电力电子子系统 337
10.5.1 电力调节 338
10.5.2 电力转化 339
10.5.3 监控系统 339
10.5.4 电力供给管理 340
10.6 整体系统运行 340
10.7 本章小结 342
参考文献 343
后记 345
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