1.3　SOFC衰减机理与稳定性测试

在平板式SOFC中，电堆具有五个必需的组件。他们分别是阴极、阳极、电解质、连接体以及密封材料。镧的亚锰酸盐，镧锶钴酸盐以及镧锶铁氧体钴酸盐已经被用来作为阴极［15］。Ni-ZrO2金属陶瓷被用来作为阳极［22］。完全致密而且具有高的离子电导率的立方ZrO2是电解质。铁基高铬合金被用来作为连接体。云母基材料、韧性金属材料以及玻璃陶瓷等都可以作为密封材料［23］。

密封材料是SOFC电堆能否获得良好性能的重要因素。平板SOFC中，电极、电解质、连接体的边缘以及单体电池与电堆的连接处都需要不漏气的密封。电堆需要密封的地方有很多，包括空气电极与金属连接体之间、氢电极与连接体之间、电解质与连接体之间、电堆和金属框架之间。

不考虑技术上的原因，一个发电站要想发展并市场化，那它就必须能够以低成本将原料转化成电能。而要达到低成本运行，运行寿命长是必要的。因此，衰减性能的好坏是SOFC电堆发展的关键因素。

在SOFC领域，目前有许多衰减机理已经被发现并且被研究［24，25］。这也是我们这篇论文所关注的一个方向。SOFC衰减的问题可能包括电极层与电解质层的剥离，金属连接体与电池之间高阻氧化物的形成以及连接体与电池电极之间的集流接触问题。在显微结构下，衰减性能可能包括阳极的烧结、阴极的积碳以及硫和铬的毒化问题。

电极剥离问题可能是一个电极从电解质上的网状剥离。这种现象通常产生于热循环与电极的氧化与还原循环之后，因为这种循环会逐渐降低两个相邻界面间的结合力［26-28］。电极层的剥离可能会产生多种结果。首先，它会增加电池的欧姆阻抗，这一般与电池剥离面积呈线性关系，也会阻碍离子在电极和电解质之间的传输。进一步发展的话，会引起电池电极的电化学性能的完全丧失［29］。

一个多孔电极电化学性能失效的区域会极大地负面影响电池的性能，因为在电池区域内，可发生反应的反应区域也会急剧下降。电极微观结构的粗化［17］和三相反应界面的堵塞［18］都很有可能是这种衰减模式的结果。

昂贵的镧的铬酸盐陶瓷一般被用在管式SOFC中作为连接体，便宜的不锈钢连接体则更普遍地用在平板式SOFC电堆中。这主要是因为平板式SOFC的工作温度更低。但是除了这个优点，在SOFC工作的环境下，钢材中基于铬的氧化物会随着时间逐渐沉积在钢的表面，所以陶瓷涂层经常被用于连接体的表面来降低铬的挥发和铬氧化物的形成速率［30-33］。park和Natesan［34］研究了铬在不同温度以及不同气氛下的挥发速率的机理。根据他们的实验结果，在850℃并处于阴极气体氛围的条件下，连接体表面会在40000h测试后形成厚20µm的氧化层。40000h是我们商业化的SOFC发电系统预期的目标。