[科普中国]-镍/钇安定化氧化锆陶金

镍/钇安定化氧化锆陶金是固态氧化物燃料电池的电解质材料，固态氧化物燃料电池是指使用固体氧化物为电解质且在高温下工作的燃料电池。通常使用诸如用氧化钇稳定的氧化锆等固态陶瓷电解质。其工作温度位于800~1000℃之间。

概述某物质在固体时呈离子状态存在，并且具有很高的离子导电能力，就可以作为固体电解质。镍/钇安定化氧化锆陶金是一种高温型固体电解质。它是氧离子导体，具有传导氧离子的性质，同时还具有不渗透氧气等气体和铁一类液体金属的良好特性，因此成为高温燃料电池，气体测氧头及金属液测头等广泛使用的固体电解质。在冶金、电力、机械、化工等工业部门得到满意的应用，取得了控制工艺操作、节约能源、节省原材料的良好使用效果1。

作用原理ZrO2是一种离子晶体，这种离子晶体的离解能（或迁移能）很大，所以在室温或低温时表现为很好的电绝缘性。当在ZrO2中添加某些阳离子半径与锆离子半径相差在12%以内的低价氧化物，经高温处理以后，低价离子部分地置换了高价的锆离子（Zr+4），为保持系统的电中性，该结构中就形成了氧缺位型的固溶体。氧离子的缺位，以及在氧缺位附近的氧离子的迁移能的降低，使这种ZrO2具备了传递氧离子的能力1。

应用固态氧化物燃料电池是以固态的氧化钇、氧化锆为电解质，这些氧化物在高温下能够传导氧离子，在电池中起着传导氧离子、分隔氧化剂（如氧）和燃料氢的作用。构成固体氧化物燃料电池的关键部件为阴极、阳极、固体氧化物电解质隔膜（如氧化钇稳定的氧化锆一YSZ）和双极板或连结材料。按照电池结构的不同，固体氧化物电解质可分为平板形结构和圆管型结构。

固态氧化物燃料电池工作时，若以重整气（氢气和CO的混合物）为燃料，在电池内部发生以下反应。

在阴极，氧分子得到电子被还原为氧离子，即

氧离子在电解质隔膜两侧电位差与浓差驱动力的作用下，通过电解质隔膜中的氧空位，定向跃迁到阳极侧并与燃料进行氧化反应，即

总反应

固体氧化物燃料电池在600～1000℃条件下工作，不但电催化剂无需采用贵金属，而且还可以直接采用天然气、气化煤气和碳氢化合物作燃料，简化了电池系统2。

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学