固體氧化物燃料電池(SOFC)的工作原理主要涉及以下幾個步驟:
陰極(空氣電極)上的反應。在陰極,氧分子從外電路獲得的電子被還原成氧離子。這一過程通常由具有高催化活性的材料(如鉑)輔助進行。
電解質中的離子遷移。氧離子通過固體氧化物電解質中的氧空位定向躍遷,這些氧空位是由電解質材料的化學性質決定的。
陽極(燃料電極)上的反應。在陽極,燃料(如氫氣、甲烷等)與氧離子結合,通常還會產生水(H2O)和二氧化碳(CO2),並釋放出電能。這一過程同樣涉及具有高催化活性的材料。
電子的流動。在外電路中,電子從陽極流向陰極,形成電流,產生電能。這一過程是閉合電路的一部分,使得整個系統能夠持續運行。
總的來說,SOFC的工作原理是將化學能直接轉換為電能的全固態能量轉換過程。這一過程在高溫下進行,通常在650到1000攝氏度之間,有助於提高反應速率並減少能量損失。