陶瓷燃料电池作为清洁高效的能源转化装置，在我国新型能源体系建设和实现“双碳”目标中具有重要作用。本书立足于陶瓷燃料电池快速发展的迫切需求，系统阐述从传统氧离子导体到新型质子导体、从传统材料体系到高熵陶瓷、从传统阳极支撑到金属支撑结构的技术演进。本书深入剖析了超薄电解质、高性能电极、高可靠封接器件和抗氧化涂层的核心制造工艺，构建了“材料-结构-性能-应用”协同优化的完整知识体系。书中特别突出了陶瓷燃料电池在多元应用场景下的技术特色，为推动我国氢能技术创新发展提供了理论支撑与实践参考。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 氢能与燃料电池 1
1.2 燃料电池类型 2
1.2.1 燃料电池简介 2
1.2.2 燃料电池分类 3
1.3 陶瓷燃料电池原理 4
1.4 陶瓷燃料电池基本概念 5
1.4.1 理论电动势 5
1.4.2 活化极化 6
1.4.3 欧姆极化 7
1.4.4 浓差极化 7
1.5 陶瓷燃料电池结构类型 8
1.6 陶瓷燃料电池特点及应用 8
1.7 本章小结 9
参考文献 10
第2章 电解质 12
2.1 电解质的基本要求 12
2.1.1 物理性能要求 12
2.1.2 电化学性能要求 12
2.1.3 热力学稳定性要求 13
2.1.4 机械性能要求 13
2.1.5 化学相容性要求 13
2.1.6 经济性要求 14
2.1.7 低温化发展需求 14
2.2 电解质类型 14
2.2.1 氧化锆基电解质 14
2.2.2 氧化铈基电解质 16
2.2.3 LaGaO3基电解质 16
2.2.4 质子导体电解质 17
2.2.5 高熵电解质 17
2.3 电解质制备工艺 19
2.3.1 电解质粉体制备方法 19
2.3.2 电解质薄膜成型工艺 20
2.4 电解质的增韧技术 23
2.5 电解质发展展望 25
2.5.1 新型电解质材料的开发 25
2.5.2 电解质薄膜化技术 25
2.5.3 成本控制策略 25
2.6 本章小结 26
参考文献 26
第3章 阴极 29
3.1 阴极概述 29
3.1.1 阴极特性 29
3.1.2 阴极反应过程 30
3.2 阴极材料分类 31
3.2.1 LnMnO3基钙钛矿 32
3.2.2 LnCoO3基钙钛矿 32
3.2.3 LnFeO3基钙钛矿 32
3.2.4 BCFN基钙钛矿 33
3.2.5 高熵阴极 33
3.2.6 复合阴极 33
3.3 阴极基本性能评价方法 34
3.3.1 微观结构 34
3.3.2 电导率 35
3.3.3 电化学性能 36
3.4 阴极工况耐侵蚀性能 37
3.4.1 阴极抗水侵蚀性能 37
3.4.2 阴极抗二氧化碳侵蚀性能 38
3.4.3 阴极抗铬侵蚀性能 38
3.5 阴极界面改性 39
3.5.1 阴极界面结构类型 39
3.5.2 阴极界面改性技术 40
3.5.3 阴极界面改性对电池性能的影响 42
3.6 阴极发展展望 44
3.7 本章小结 45
参考文献 46
第4章 阳极 52
4.1 阳极的基本要求 52
4.2 阳极材料分类 52
4.2.1 镍金属陶瓷 52
4.2.2 铜基氧化物 53
4.2.3 钙钛矿材料 53
4.3 阳极基本性能评价方法 54
4.3.1 微观结构 54
4.3.2 电导率 55
4.3.3 电化学性能 55
4.3.4 耐硫中毒性能 56
4.3.5 抗积碳性能 56
4.4 抗积碳阳极控制策略及结构 57
4.4.1 阳极燃料 57
4.4.2 阳极积碳机理 58
4.4.3 抗积碳阳极控制策略 59
4.4.4 阳极催化层 60
4.5 阳极的表界面改性技术 64
4.5.1 溶液浸渍 64
4.5.2 钙钛矿阳极的原位析出 66
4.6 阳极发展展望 68
4.7 本章小结 69
参考文献 69
第5章 连接体材料及涂层技术 76
5.1 连接体 76
5.1.1 连接体基本要求 76
5.1.2 钙钛矿陶瓷连接体材料 79
5.1.3 金属连接体材料 84
5.2 涂层 94
5.2.1 涂层材料基本要求 94
5.2.2 涂层制备工艺 95
5.2.3 抗氧化涂层评测方法 99
5.2.4 钙钛矿连接体涂层材料 100
5.2.5 尖晶石连接体涂层材料 103
5.3 本章小结 108
参考文献 109
第6章 封接材料及封接技术 113
6.1 封接技术要求 113
6.2 封接材料分类 114
6.2.1 压缩型封接 114
6.2.2 粘接型封接 117
6.2.3 复合封接 121
6.3 封接界面 123
6.3.1 封接材料与电池 123
6.3.2 封接材料与连接体 123
6.4 封接性能评价方法 125
6.4.1 热膨胀性能 125
6.4.2 特殊温度点 125
6.4.3 相结构演变 126
6.4.4 界面相容性 126
6.4.5 力学性能 126
6.4.6 气密性 127
6.5 封接技术失效分析及提升策略 128
6.5.1 密封失效分析 128
6.5.2 封接性能提升策略 129
6.6 封接材料及封接技术展望 130
6.7 本章小结 130
参考文献 131
第7章 质子陶瓷燃料电池 136
7.1 质子陶瓷燃料电池工作原理 136
7.2 质子陶瓷燃料电池关键材料 137
7.2.1 阳极 137
7.2.2 电解质 138
7.2.3 阴极 146
7.3 电极的特性 147
7.3.1 电子电导率 148
7.3.2 氧离子电导率 148
7.3.3 质子传导 150
7.4 质子陶瓷燃料电池阴极性能提升策略 150
7.4.1 材料优化 151
7.4.2 结构优化 152
7.5 质子陶瓷电池的其他应用 154
7.5.1 电解水制氢 154
7.5.2 电化学合成氨 154
7.5.3 CO2转化 156
7.5.4 燃料升级 157
7.6 本章小结 157
参考文献 158
第8章 金属支撑固体氧化物燃料电池 163
8.1 基本概念与技术现状 163
8.1.1 MS-SOFC的定义与结构特征 163
8.1.2 SOFC支撑结构类型对比 164
8.1.3 MS-SOFC技术发展历程 165
8.1.4 技术驱动因素 166
8.1.5 MS-SOFC的应用前景 167
8.2 结构设计与电池构建 170
8.2.1 MS-SOFC整体结构设计原理 170
8.2.2 金属支撑体设计 171
8.2.3 过渡层/粘接层设计 172
8.2.4 阳极功能层设计 173
8.2.5 电解质层设计 174
8.2.6 阴极层设计 175
8.2.7 MS-SOFC整体结构优化 176
8.3 材料体系与制造工艺 176
8.3.1 材料选择总体原则 176
8.3.2 金属支撑体制备技术 177
8.3.3 电解质薄膜制备技术 178
8.3.4 共烧结技术与工艺控制 179
8.3.5 界面工程与扩散控制 180
8.3.6 先进制备技术与产业化前景 183
8.4 本章小结 183
参考文献 184
第9章 可逆陶瓷燃料电池 188
9.1 可逆陶瓷燃料电池简介 188
9.1.1 可逆陶瓷燃料电池背景 188
9.1.2 可逆陶瓷燃料电池工作机理 189
9.1.3 可逆陶瓷燃料电池热力学基础 191
9.2 可逆陶瓷燃料电池材料 197
9.2.1 电解质材料 197
9.2.2 空气电极材料 199
9.2.3 氢电极材料 200
9.3 可逆陶瓷燃料电池性能及应用 202
9.3.1 可逆固体氧化物电池性能 202
9.3.2 电解质支撑型电堆耐久性测试及应用 204
9.3.3 氢电极支撑型电堆耐久性测试及应用 205
9.4 本章小结 208
参考文献 209
第10章 陶瓷燃料电池产业 213
10.1 陶瓷燃料电池应用领域 213
10.2 陶瓷燃料电池产业发展现状 214
10.2.1 美国 214
10.2.2 日本 215
10.2.3 欧洲 216
10.2.4 韩国 217
10.2.5 中国 219
10.3 我国陶瓷燃料电池典型示范工程 221
10.3.1 “氢进万家”科技示范工程 221
10.3.2 整体煤气化燃料电池发电技术研究及应用示范 223
10.3.3 船用燃料电池示范工程 226
10.3.4 风光储电示范工程 228
10.4 陶瓷燃料电池产业发展挑战及展望 230
10.5 本章小结 231
参考文献 232
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