1.1 固体氧化物燃料电池的简介

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、环保的能量转换装置，它可以将化石能源中的能量直接转化成电能而不需要经过热循环过程，发电效率高。随着能源和环境问题的日益严重，SOFC的研究已经成为能源和材料领域的热点之一^[1]。传统的SOFC需要在高温（1000 ℃左右）下操作，带来诸多材料和技术方面的问题，因此降低操作温度十分必要。降低操作温度可以通过降低电解质层厚度、优化电解质烧结和制备工艺、开发电导率高的电解质材料和提高电极性能来实现^[2～3]。

1.2 SOFC工作原理

SOFC 的工作原理如图1.1所示。使用的固体电解质通常为氧离子导体。空气中的氧分子通过扩散到达由阴极（空气极）#8212;电解质#8212;气相形成的三相界面，在界面上被还原，形成氧离子，氧离子通过电解质的氧缺陷（如氧空位），在浓度梯度和电场作用下扩散到电解质-阳极界面，在此处将燃料分子（如 H₂、CO 等）氧化，形成 H₂O和 CO₂等产物，同时向外电路释放出电子，电子经过负载后回到阴极，完成一个循环^[4]。在电极上发生的反应分别为：

阳极： H₂ O^2-→H₂O 2e^-

CO O^2-→CO₂ 2e^- （1-1）

阴极： O₂ 4e^-→2O^2- （1-2）

总反应：H₂ CO O₂ →H₂O CO₂ （1-3）