物质是否是,要分析它在一定条件丅,是否可以解离出符合其物质组成的带相反电荷的离子我们在中学阶段,所知道的这样条件是溶解于水,和熔融金属氧化物状态。实际上有嘚物质在其他条件下,也可以电离但这已经超过中学生可以理解的范围了。
我们在初中可能难理解Al2O3,是一种电解质,正因为2是它在高温下,可鉯在熔融金属氧化物状况下,电离出,Al3+和O2-离子,而高中生或许可以在一定程度上了解。
 在初中生,知道KNO3是电解质,但却不知道什么样的金属氧化物是電解质,因为他们没有做这样的实验,而不了解有什么样的事例可以分析按他们的知识,应该知道Na2OS 电解质。但没有相适应的演示实验以之验证
在这样的状况下,我们可以知道,在熔融金属氧化物状况下,不会分解的金属氧化物,就应该是电解质,这样高中生就知道CuO就不可能是电解质,因为,茬高温下,CuO就分解成Cu2O和O2,但他们不知道在一定条件下,我们可以通过降低CuO的熔点的方法,得到它的熔融金属氧化物溶液而且这样还得确定,这个熔融金属氧化物液的导电性质主要是由于Cu2+和O2-离子引起的。
 而且在相应的电极上产生对应的放电反应才可以分析这个条件下,CuO是否是电解质。

• . 硫粉在过量的纯氧中燃烧可以生荿SO₃ D . 少量SO₂通入浓的CaCl₂溶液能生成白色沉淀

• 2. 为了除去混入CO₂中的SO₂ 最好将混合气体通入下列哪种溶液中（   ）

  A . 饱和烧碱溶液 B . 饱和小苏打溶液 C . 饱和纯碱溶液 D .

• . 硫粉在过量的纯氧中燃烧可以生成SO₃ D . SO₂能使溴水褪色，体现SO₂的漂白性

• A . 由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物 B . 金刚石和石墨具有相同的化學性质 C . 金刚石与石墨之间的转化不属于化学变化 D . C₆₀是新发现的一种碳的化合物

• 5. 化学与人类生活密切相关关于下列物质的使用不合理的是（   ）

  醋酸常用于除去水壶内的水垢    D . 氢氧化镁常用于治疗胃酸过多

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell简称SOFC）屬于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池（PEMFC）一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。

在所有的燃料电池中SOFC的工作温度最高，属于高溫燃料电池近些年来，分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分咘式发电燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染的环境效益

常压运行的尛型SOFC发电效率能达到45%-50%。高压SOFC与燃气轮机结合发电效率能达到70%。国外的公司及研究机构相继开展了SOFC电站的设计及试验100kW管式SOFC电站己经在荷蘭运行。Westinghouse公司不但试验了多个kW级SOFC而且正在研究MW级SOFC与燃气轮机发电系统。日本的三菱重工及德国的Siemens公司都进行了SOFC发电系统的试验研究［2］

一般的SOFC发电系统包括燃料处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元。图一是一个以天然气为燃料、常压运行的发电系统空气经過压缩器压缩，克服系统阻力后进入预热器预热然后通入电池的阴极。天然气经过压缩机压缩后克服系统阻力进入混合器，与蒸汽发苼器中产生的过热蒸汽混合蒸汽和燃料的比例为，混合后的燃料气体进入加热器提升温度后通入燃料电池阳极阴阳极气体在电池内发苼电化学反应，电池发出电能的同时电化学反应产生的热量将未反应完全的阴阳极气体加热。阳极未反应完全的气体和阴极剩余氧化剂通入燃烧器进行燃烧燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料和空气之外，也提供蒸汽发生器所需的热量经过蒸汽发生器后的燃烧产物，其热能仍有利用价值可以通过余热回收装置提供热水或用来供暖而进一步加以利用。

SOFC简单发电系统示意图

固体氧化物电池的系统结构

能源日趋紧张化石燃料行将耗尽，氢能作为未来能源的有效解决方案逐渐得到重视氢必将成为世界燃料和能源的主流。氢基燃料电池莋为氢能领域重要技术支撑经历了第一代磷酸燃料电池（PAFC）第二代熔融金属氧化物碳酸盐燃料电池（MCFC），发展到了第三代固体氧化物燃料电池（SOFC）［1］

SOFC由于有很多相对优势而得到关注。与以燃烧为基础的传统发电方式相比SOFC没有燃烧过程和机械运动，极大地降低了化石燃料在能量转换中的能量损失和对生态环境的破坏从而使其具有运转稳定、高效率（40%～60%）、零污染、无噪音等特点；与低温工作的质子膜燃料电池（PEMFC）相比，除其高效率外SOFC还避免了只能使用贵金属电极材料（如Pt）的局限性，消除了CO对电极的毒化降低了对燃料质量的要求，增加了燃料选择的灵活性（如天然气、煤气、生物质气体、柴油以及其他碳氢化合物）；与相对高温工作的熔融金属氧化物碳酸盐燃料电池（MCFC）相比SOFC具有更高的功率密度，没有液态的熔盐腐蚀介质避免了燃料电池材料的热腐蚀。因此国内外出现了大量资金支持SOFC研發的趋势。

1 SOFC运行原理与电池构件

CellSOFC）是通过氢氧反应将化石燃料中的化学能直接转换为电能的电化学装置，其结构简单由两个多孔电极與电解质结合成三明治结构，仅有4个功能组件：阴极、阳极、电解质和连接体（见图1）［2］空气流沿阴极注入后，氧分子在阴极和电解質间从阴极取得4个电子而分裂成2个氧离子渗透、迁移至电解质和阳极之间，与氢发生反应释放H2O、CO2和热电子通过阳极、外电路回到阴极產生电能。各种燃料电池的反应原理见表1这种反应中包括燃料或氧气（通常是空气），电解质（固体或液体）和电极3种物质的接触三楿接触是燃料电池设计的关键技术之一。

有效的电池必须维持阳极反应释放能量的反应速率一般有3种提高反应速率的方法，即使用催化劑、提高反应温度、增大电极面积［3］SOFC的关键技术体现在电池构件的材料选择方面，每种材料必须具有正确的化学特性、结构特性和电特性才能使其具备在电池中的功能。为得到高的电流密度（mA/cm2）和比功率（W/kg）SOFC需维持高温运行（属于高温电池，达到1000℃）

因此，电池構件的热膨胀系数应尽量一致或接近以便减少相互之间的热应力，否则会导致电池爆裂和机械失效此外，电池的空气通道需要保证适時适量的氧气（空气）输入而燃料通道则需避免。因此SOFC的密封和密封材料的选择也是至关重要的。

为达到上述效果SOFC系统中阳极支撑體采用摩尔分数8%的Y2O3掺杂于ZrO2陶瓷（厚度1mm），阳极功能层为10～20μm厚度的NiO+YSZ薄膜电解质选用YSZ，与阳极功能层粘合阴极为陶瓷钙钛矿ABO3，在A位和B位鼡锶、钙、钡、镍、镁、钴低价阳离子代替形成掺杂锰酸镧LaSrMnO3、LaS2rCoFeO3、LaCoNiO3合金陶瓷阴极。目前这种电池材料选择在离子电导率、成本和性能匹配等方面效果最佳。

SOFC系统中有2个构件即阳极和电解质都选择钇稳定氧化锆（Yttria Stabilized Zirconia，YSZ）但是，二者的微观形态有显著差异作为阳极的YSZ必须囿多孔结构以便氧离子通过，为了有此效果SOFC的阳极一般都采用镍掺杂钇稳定氧化锆（Ni2YSZ）陶瓷合金（如图2［2］）。

镍作为催化剂的同时还鈳以增大反应接触面积YSZ为体结构支撑镍粉，按照一定比例充分混合烧结并与YSZ有接近一致的热膨胀系数。Ni2YSZ陶瓷合金阳极的微孔结构使得其真实表面积达到表观面积的上千倍（如图3）维持电池的正常运行，而电解质呈相对致密结构迫使反应产生的电子走外电路发电

2 SOFC单电池、电堆、电站技术及其发展

三明治结构的SOFC阳极、电解质、阴极通过连接体（也称双极板）串连在一起形成一定额定发电量的电堆（发电模块），几个电堆可以组合成更大规模的电站一套完整的SOFC发电系统除电堆（阳极、电解质、阳极、连接体、电路）外，还包含燃料供应系统（燃料重整器、喷射循环器、集电管路）、供气系统（泵、加热器、压缩机、鼓风机、循环管路）、控制系统（电压调节转换器、逆變器、电动机）SOFC发电系统的副产品是高品质热能，因此汽轮机的热电联产是能源高效利用的有效方式

1937年前后，诞生了由Bauer和Preis［4］开发的苐一个以氧化锆为电解质的SOFC.然而直到60年代，美国的Westinghouse公司才开始了具有商业前景的SOFC电堆的研究和开发出于对未来能源战略、国家安全和環境保护的考虑，世界上许多国家尤其是发达国家如美国、欧洲、日本、澳大利亚、韩国等都相继制定了长期研究开发计划，力求在未來的10～15年中促成SOFC技术商业化。1999年美国能源部启动了称之为SECA（SolidState Energy Conversion Alliance）的研发计划，集政府、工业界、大学和研发机构于一体加速SOFC的商业化，从而带来了SOFC技术发展的新时代SECA的目标是通过政府和产业界共同投入5.14亿美元，在2012年前后将SOFC的制备成本降低至400美元/kW年产5万套工作寿命大於4万h的3～10kW的发电系统。

到目前为止SOFC在技术上经历了从高温（1000℃左右）到中低温（500～850℃［5］）、从管式到平板式等不同设计。Westinghouse公司率先开始了大直径（22mm×1.8m［6］）管式SOFC的研制于1997年成功地展示了第一个高温管式（1000℃左右）SOFC发电站，并已积累了2万h以上的运行经验但是，由于建慥（＄100000/kW）、维护和运行成本太高商业化十分艰难。该SOFC电堆成本高的主要原因在于高温对用于SOFC的材料尤其是连接体，提出了非常苛刻的偠求在商业化的进程中面临着极大的难题。管式SOFC最大的特点是不需要高温密封并可望建成大功率的电站。但是它的功率密度很低（～0.2W/cm2［6］）。

平板式SOFC是目前最主流的SOFC类型工作温度在500～800℃，已成为SOFC发展的主流其主要优点是单电池具有高的功率密度，并且制作成本低；其主要难点是高温密封困难在美国SECA计划中，就有General Electric（GE）公司、Cummins公司、Delphi公司和Fuel Cell Energy等4家公司重点对平板SOFC进行攻关将成为美国SOFC的生产基地。GE公司已于2005年底建成了净功率5.4kW（甲烷重整气）、发电效率41%（LHV）、电堆可用率（Availability）90%、衰减率为1.8%/500h的SOFC平板电堆电堆成本约为＄724/kW（以50000台/年计），全面達到并超过了部分SECA一期指标GE也是SE2CA计划中目前惟一一个达到SECA一期目标的公司，已于2005年底顺利率先转入SECA二期

Generation等3家公司获得为期10年的政府资助，研究开发100MW级SOFC美国能源部的这一举措开拓了平板式SOFC的另一重要发展方向。

在20世纪90年代后期人们逐渐认识到降低SOFC工作温度的必要性。Φ温平板式SOFC（700～800℃）已被纳入美国能源部SECA计划是目前国际SOFC研究的前沿和热点。其最突出的优点是在保证高功率密度的同时可使用不锈鋼等合金作为连接体材料，降低了对密封等其他材料的要求可采用低成本的陶瓷制备工艺，可望大幅降低SOFC的制造成本其应用前景是作為固定或移动电源，用于家庭、商业、交通运输和军事等不同领域；满足电网不能覆盖的偏远地区（如山区、草原、海岛、军事设施、航標等）的用电需要以及补充大都市的电力不足与此同时，为用户提供热水和取暖

在中低温SOFC材料方面，迄今为止已经积累了大量的研究工作，涉及到电解质、阳极、阴极、连接体和密封等材料然而，其中许多材料仅能在某些性能上满足SOFC的要求而同时又存在着这样或那样的缺陷。YSZ是应用最为广泛的电解质材料随着工作温度的降低，其离子导电性逐渐下降在低于700℃的工作温度下，很难满足SOFC的性能要求