WHPC通过使用钇稳定氧化锆使得SOFC的运行温度控制在900～1000℃，这是SOFC的首次突破。

降低运行温度的技术要点可总结如下：

1)起初，研究者执着于使用金属连接件代替LaCrO₃基氧化物连接件^［13］。因为高温环境下金属会发生严重腐蚀，所以需要降低运行温度。

2)对重整气(CO和H₂的混合物)而言，降低温度会提高其热力学转化率。

3)在较低温度下，密封技术实施的难度变小。

4)对小型设施而言，通过降低温度可减少辐射热损失。因此，在较低温度下，热管理变得更加容易^［11］。

另一方面，运行温度的降低引发了其他的材料问题，总结如下：

1)温度降低时，氧化物离子电导性急剧下降。如图2.1所示，离子电导性的活化能很大，因此离子电导性下降明显。为制造中温SOFC，必须要有导电性良好的氧化物离子导体或者有办法制备较薄的电解质膜。基于这些考虑，阳极支撑电池可能是一种技术解决方案。

2)通常，电极活性会随着温度的降低而快速下降，因此有必要使用活性更好的电极材料。

3)对阳极而言，镍依然是中温运行环境下最佳选择。镍作阳极时，经常出现的问题是硫中毒。温度降低时，因为硫化氢所导致的性能衰退变得更为严重。

4)对阴极而言，锰酸镧锶的Cr中毒非常严重，并且随着温度的降低中毒现象会越来越严重。

下面将介绍中温SOFC使用的各种材料。

2.2.2.1 电解质及转化效率

电解质的导电性是决定运行温度的最重要因素^［11］，在此，转化效率可用导电性来描述。氧化物离子电导性取决于电解质贡献的面电阻率。电解质片(膜)的厚度越大，电阻率就越大。氧化物离子电导性呈现阿累尼乌斯特征(Arrhe-nius-type behavior，见图2.2)。对YSZ而言，SOFC适用的氧分压范围内不存在氧势相关性。对电子和空穴电导性而言，氧势相关性遵循以下方程：

式中 和——分别为在1个大气压的氧气分压情况下电子和空穴的标准贡献率。

图2.2a示出了、和氧化物离子电导性与温度的相关性。因为电子导电和空穴导电的活化能比氧化物离子导电的活化能大，所以当温度升高时，电子导电率的贡献率会变大。在1073K，氧化物离子的导电性比电子导电和空穴导电高出几个数量级，表明YSZ是燃料电池优良的电极。在温度高达2000K时，YSZ将不能用作电解质，但可以被用作混合导体。

图2.2 YSZ导电性与温度、氧势间的函数关系^［14］

注：1atm=101325Pa=101.325kPa。—译者注

电解质的电性能决定了其内部出现的能量转换损失。这种转换损失可以用偏离基于吉布斯能的理论转换率来表示。在图2.3a中，转换损失是电流密度(J^ex)和电解质厚度(L)乘积的函数。当J^exL的数值较大时，电解质的转换率(1-η)随着J^exL的增大而降低，这就是焦耳效应。另一方面，当J^exL的数值较小时，电解质的转换率(1-η)随着J^exL的降低而减小；这就是由于电子传导所引起的短路效应(shorting effect)。因此，氧化物离子得以输送，并在不产生电流的情况下参与电化学反应，这可以被视为燃料与渗入的氧气(氧化物离子和空穴)发生的普通化学反应。从这个角度来看，短路效应也可以被称为氧渗入效应。通过综合焦耳效应和短路效应，从吉布斯能(Gibbs energy)的偏离程度可以用有极大点的曲线表示。

当电解质厚度和电流密度为固定值时，转换率和温度之间的关系也可用类似的曲线表示，如图2.3b所示。在图2.3b中，比较了3种不同的电解质材料。如图2.2b所示，YSZ的电子贡献很小，以至于在很宽的温度范围内转换率的降低幅度很小。对(La_0.8Sr_0.2)(Ga_0.8Mg_0.2)O_2.8(LSGM)而言，实现较高转换率温度区域的下限比YSZ还低，因为LSGM的氧化物离子电导性较高，因此焦耳效应较小。对掺Gd的二氧化铈(GDC)来说，因为电子导电贡献较大，所以高温时转换率很低。

能量转化效率经常用熵转换率来讨论。比如燃料电池反应的理论转换率可定义为吉布斯能变与熵变的比值。因此，上面讨论的转换率应该换作熵的转换率。为此，热力学理论转换效率应该以能与其他能量转换器(比如热力发电机)进行比较的方式进行定义。本书将以甲烷作为普通燃料展开论述。图2.4a以温度为函数，将一些案例进行比较：

1)通常用w/q来定义卡诺(Carnot)效率，其中，w为一个循环所做的功，然而q是消耗的热量。以甲烷为例，其化学能(焓变)比产热量要大一些。将甲烷的化学能转化成热时，在燃烧过程中会有些损失。图2.4a的线(1)显示了减掉损失后的卡诺效率。

图2.3 在电解质中因焦耳效应和短效应所引起的吉布斯能转换损失

a)在固定温度下(1273K)与电流密度和电解质厚度的乘积的函数关系^［14］ b)在电流密度(0.3A/cm²)和电解质厚度固定的情况与温度的函数关系^{［12，14］}

图2.4 转换率的比较

a)(1)甲烷燃烧自加热矫正后的卡诺效率，(2)甲烷直接氧化，(3)转化气氧化，(4)在一定厚度下YSZ导电性经矫正后转化气的氧化 b)在厚度均为50μm的情况下YSZ和LSGM转换率的比较

2)线(2)显示了甲烷直接氧化时吉布斯能和熵的比值：

因ΔH和ΔG与温度无关，故推导出的效率高且与温度无关。在真正的燃料电池中，这一反应是不能进行的，因为Ni阳极不够活泼，所以不能参与甲烷的氧化反应。

3)线(3)为改进技术后H₂和CO的电化学氧化反应。甲烷重整可以通过用水蒸气或循环的阳极气体来实现。在这种情况下，假设阳极气体是可循环利用的，为能通过简单的方式实现分析比较的目的，故仅利用甲烷作为起始燃烧的一种燃料。这种情况与卡诺循环相比，阳极气体的循环操作更容易进行，因为卡诺循环中，反应产生的水是没有用的。对此我们也做了假设，转化过程所需要的热量由燃料电池释放的热量来供给。这是一个重要的不同点，与PEFC系统相关的转化过程相比，在PEFC系统中，额外的燃料被燃烧供给所需的热量。利用外部热量的优点似乎成为了一个显著的特征，对于转化后的气体，吉布斯自由能转化率进一步提高，转化温度约为900K，如图2.4a所示。尽管这样，在高于转化温度时，以吉布斯自由能为标准的转化率随着温度的升高而降低，这表明：SOFC在转化温度附近反应时，具有最高转化效率。

4)线(4)是以吉布斯自由能为基础的转化率［线(3)］与由于电解质导电性产生的降低效应的组合影响。对YSZ电解质来说，三种不同的厚度对应于三种不同的值，列于图2.3b中。图2.4a以通俗易懂的方式示出了电解质厚度对研究结果的影响。对于YSZ，首次由WHPC采用50μm厚度在EVD过程中产生了相当好的效率，即使温度低于1273K时。较薄的YSZ可以提供更高效的SOFC系统。从这个角度来看，阳极支撑型电池对中温SOFC的发展具有重要意义。

在图2.4b中，我们对厚度为50μm的YSZ和LSGM作了对比，结果表明在中温SOFC中氧化物离子导体具有优势。而且其技术条件迥然不同。对YSZ而言，阳极支撑型电池是必不可缺少的，然而对LSGM而言自身支撑型电池大约在1073K运行。实际上，三菱材料集团成功设计和制造了基于自身支撑型LSGMC电池的SOFC体系，结果表明能获得较高的效率。下面的章节将进一步对此进行描述。

2.2.2.2 阴极材料

1.YSZ和Cr中毒的关系

第一代SOFC运行温度约为1273K，其中使用的锶锰酸镧［(La_1-xSr_x)MnO₃，LSM］材料得到了充分的研究，该材料具有较高的阴极活性，并且与YSZ电解质具有良好的兼容性^［15］。在第一代SOFC中，要求材料应具备很好的化学稳定性，所以LSM得到了广泛的应用。当将LSM用于中温SOFC时，阳极支撑型电池中LSM的性能随着温度的降低而急剧下降。另外，LSM不能抵御Cr中毒^［16］，这种中毒现象源于金属连接件上Cr₂O₃会释放出含Cr的气体。

1969年，锶钴酸镧［(La_1-xSr_x)CoO₃，LSC］成为首次被用作SOFC阴极材料的钙钛矿型氧化物^［17］。在这次的尝试中，由于LSC与YSZ会发生化学反应，造成LSC的性能快速下降。从此以后，对阴极材料的研究转向了锶锰酸镧。最近，降低运行温度的趋势再次引发了对LSC、(La_1-xSr_x)FeO₃(LSF)和(La_1-x Sr_x)(Co_1-yFe_y)O₃(LSCF)的研究，即在YSZ和钙钛矿型氧化物阴极间使用由掺杂二氧化铈组成的插层。

在这些研究中，Matsuzaki和Yasuda^［18］的工作引起了人们的极大兴趣，他们用各种电解质和阴极材料的不同组合来研究Cr中毒情况；他们选择YSZ和掺杂钐(Sm)的氧化铈(SDC)作为电解质，而选用LSM和LSCF作阴极材料。如图2.5所示，Cr中毒后，LSM/YSZ的电势降低得最快且最剧烈，而LSCF/DSC的电势并未因Cr中毒而降低。这些结果表明要真正理解Cr中毒，就必须弄清电化学反应机理。

图2.5 Matsuzaki和Yasuda将不同的电解质和电极组合与阴极半电池通过INCONEL600集电器连接而测定的Cr中毒情况

表2.2从价键稳定性方面归纳总结并对比了钙钛矿型氧化物作阴极材料的多种性能指标。价键的稳定性与化学稳定性直接相关，并且因氧化物离子的导电性而与电化学活性间接相关。

表2.2 不同钙钛矿型氧化物作阴极材料(LSM、LSF、LSC)的对比(重点从YSZ和Cr蒸气的反应方面比较了其化学稳定性与性能特点间的关系)^［21］

价键稳定性属于热力学性能，因此，化学稳定性除了与组分氧化物的稳定能有关外，还与钙钛矿型氧化物的价键稳定性相关。特别需要指出的是，钙钛矿型氧化物与YSZ的反应除了从热力学角度理论推导外，还经过实验予以验证。

La₂Zr₂O₇/SrZrO₃在接触界面形成时，还伴随过渡金属氧化物的还原反应以及还原态化合物的沉淀反应^［19］。最近，钙钛矿型氧化物和含Cr蒸气的化学反应也以同样的方式予以分析，结果表明钙钛矿型氧化物和Cr蒸气的反应活性次序与在LSM、LSF和LSC中和YSZ的反应活性相同。也就是说，在LSF和LSC中，钙钛矿型氧化物的Sr可与Cr蒸气反应形成SrCrO₄，在LSM中却不会出现此种反应，但是Cr中毒现象更为严重。这表明，单独用化学反应性不足以解释Cr中毒，因为LSM尽管非常稳定而不能和Cr蒸气发生化学反应，但其Cr中毒现象更为严重。

由于A位的La³⁺被Sr²⁺取代，B位离子减少，所以钙钛矿ABO₃氧化物出现了氧化物离子空位，这将会导致出现镧锶过渡金属氧化物的混合导电。尽管如此，氧化物离子空位的形成依然与B位过渡金属离子的氧化性形成竞争。后者依靠过渡金属离子的价键稳定性。对(La，Sr)MnO₃而言，在钙钛矿晶格中Mn4+是稳定的，所以Sr²⁺取代La³⁺后，锰由Mn³⁺被氧化成Mn⁴⁺，并未形成氧化物离子空位。因此，LSM的氧化物离子导电性不高，这一事实使得反应机理面临挑战，也就是说，对LSM阴极而言，只有三相边界(TPB)是电化学活性点，而LSF和LSC中氧化物离子的高导电性使得电化学活性点分布更广。这种与氧离子传导率有关的活性点分布范围的差别导致氧流量及相关氧势分布具有不同特征。

氧气流及活性位与氧势分布的不同为解释Cr中毒的程度不同提供了理论基础。对LSM而言，在Cr沉积的三相边界(TPB)部位的氧气流浓度较大才能和Cr发生反应，而在LSF或LSC表面的任何一点均可与Cr蒸气发生化学反应，但是这些化学反应可通过改变氧气流来避开活性位置而避免。然而，为了获得长期稳定性，应避免SrCrO₄的形成，从而维持良好的机械稳定性和化学稳定性。

通常，中温固体氧化物燃料电池的阴极在电化学方面较第一代固体氧化物电池(即LSM)更为活泼。当LSF、LSC或LSCF用作阴极时，由掺杂氧化铈组成的界层会阻止阴极与YSZ的化学反应。另外，这些电极应该受到保护而避免被Cr气破坏。这一思想引导研究者要在电解质和集电器之间构建了一个较为复杂的层状结构，这一做法颇有难度。比如，下列3个方面是非常重要的：

1)掺杂氧化铈—YSZ的复合界面。位于掺杂氧化铈与YSZ之间的固溶体为研究传递性及相关性能提供了颇有意义的研究体系^{［22，23］}。也就是说，在Ce浓度范围的中值附近，离子电导性有一个最小值，而电子导电性存在一个最大值。同样，表面交换反应速率与浓度大小直接相关。这一性质表明，当用高温烧结法制备掺杂氧化铈—YSZ界面时，在界面会发生相互扩散现象，从而形成一个具有高电阻的亚层。另外，因为氧化锆和氧化铈扩散性能的不同，相互扩散现象可能会使在氧化铈一侧形成克肯达尔孔(Kirkendall pores)^［24］。(www.daowen.com)

2)从严格意义上来讲，钙钛矿型氧化物阴极与掺杂氧化铈之间的界面热力学性质并不稳定，会发生一些化学反应^{［21，25］}。另外，还会出现阳离子扩散现象。特别需要指出的是，通过掺杂氧化铈的Sr扩散非常重要。在研究反应活性和相互扩散时，LSF和LSC之间存在差异，即在掺Gd氧化铈(GDC)和LSC组成的扩散对之间没有产物生成，因为GdCoO₃不具备热力学稳定性。在其他界面，会产生一种驱动力使得氧化铈掺杂剂和钙钛矿的B位(Fe或Co)离子发生反应形成其他的钙钛矿物相。这一过程是伴随Sr扩散而发生的。

3)为了在阴极与金属连接体之间获得一个稳定的界面，有必要在连接体上进行涂层处理以防止合金中Cr的迁移。

2.与LSGM的兼容性

Ishihara发现LSGM后不久^［7，8］，科学家就发现在LSGM和阴极间发生的与LSGM相关的相互扩散非常明显^［26］，这意味着制备阴极—电解质界面暴露在高温环境的阴极负载电池存在一定的难度。目前，基于Ishihara的研究结果，(Sm，Sr)CoO₃被广泛用作阴极材料^［27］。

由于(Sm，Sr)CoO₃表现出与(La，Sr)CoO₃相似的特征，所以从技术上来看，(Sm，Sr)CoO₃与Cr蒸气的反应也是非常重要的问题。也就是说，我们不希望SSC阴极快速劣化，但是SrCrO₄的形成会导致其微结构及其他性能发生变化。需要特别指出的是，烧结过的Sr钴氧化物及新生成SrCrO₄的热膨胀系数都很大。

2.2.2.3 阳极材料

就目前的技术来看，即使是中温SOFC，Ni仍然是最好的阳极材料。虽然有一些针对氧化物阳极材料的研究，但是Ni金属基陶瓷(陶瓷—金属材料)阳极材料展示出很好的解离氢键的能力。作为金属基陶瓷材料阴极的氧化物成分，YSZ经常被派上用场。近几年，ScSZ或掺杂氧化铈备受关注，因为通过使用上述氧化物代替YSZ，抗碳沉积或硫中毒的问题得到了改善。

1.Ni阳极材料

与Ni阳极材料有关的技术问题可总结如下：

(1)烧结

在第一代的SOFC中，因为长时间在高温下运行可促进烧结，所以Ni阳极材料的烧结及其劣化是SOFC面临的诸多问题之一。另外，高温运行下，镍的微结构被严重破坏，且碳存在的情况下可能会形成亚稳态Ni-C液相。然而，在中温SOFC中，由烧结机理形成Ni-C液相所导致的微结构变化有望得到减弱。

图2.6 在有助于碳沉积的等同气相氛围下不同基体的镍表面上可溶物的SIMS检测分析(YSZ和SDC之间存在的差异可通过质子转移模型、SDC溶于水及加强的表面交换反应速率来予以解释^［28］)

(2)碳沉积

即使在中温范围内，Ni也很难阻止碳化物的沉积。在各种金属基陶瓷阳极材料中，复合氧化物对碳沉积行为的影响非常明显。图2.6显示出了从热力学角度来看有助于碳沉积的氛围下，Ni在无电化学反应的YSZ或SDC上展现的不同特征^［28］。Ni表面存在的物质可以通过次级离子质谱法(SIMS)进行检测，结果表明这些物质非吸附性原子，而是溶解性的。对Ni/YSZ来说，镍板表面几乎均被碳所覆盖，所以仅有少量氧气附在其表面。在相同的情况下，对Ni/SDC来说，镍表面展现出了截然不同的特征。也就是说，镍表面被氧气覆盖而不是被碳覆盖。氧化铈的水溶问题不可避免，如果考虑到因此而出现的质子迁移，上述现象可以得到合理解释；同时，氧化铈表面强烈的反应也可以被视作不同的特征。在Ni/YSZ组合的极化作用下，镍表面也存在类似的氧气覆盖，这表明上述机制和阳极反应机制密切相关。

(3)硫中毒：众所周知，从SOFC发展的早期阶段起，由于硫化氢的存在，阳极活性会降低；但是将其切换回无硫化氢燃料氛围中时，阳极活性就会恢复^［29］。除可逆性活性降低现象之外，镍阳极在高浓度的H₂S或低温氛围下显示出不可逆的劣化。

(4)氧化—还原循环的耐受性^［30］

在广泛研究阳极支撑的电池的过程中，氧化—还原循环作用很重要。一个原因在于阳极支撑电池的边缘密封是一个不可避免的问题，因为阳极被用作支撑体时，其机械稳定性变得至关重要。另一个原因是净化气体的问题。当使用氮气作保护气时，镍阳极得以保护而不会发生氧化还原反应。然而，如果因为系统要求等原因而不能使用氮气时，氧化还原循环过程中阳极的稳定性也成为一个非常重要的技术问题。这一现象与镍扩散及NiO还原为Ni时微结构的重整关系紧密；这是因为在金属相中Ni的扩散速度比氧化物中Ni²⁺的扩散速度快。在NiO和YSZ(或其他氧化物)混合物中NiO的还原反应会形成镍的细小颗粒，并且通过使用YSZ框架中粉体的扩散接通电路。镍被重新氧化成氧化镍时，形成的NiO不移动以至于在YSZ框架中出现体积膨胀现象。因为镍从原位置发生移动，单个氧化还原过程使得重新氧化对框架造成局部破坏。

这些特征与金属陶瓷阳极氧化组分的选择密切相关。Sc₂O₃稳固的氧化锆代替YSZ时，碳沉积问题^［31］或硫中毒抵抗力^［32］方面均有所改善。这些劣变应在阳极反应机制的基础上予以讨论。有很多研究工作是针对其反应机理问题开展的，但是研究者在此方面并未达成共识。在此，简单讨论一下氧化物组件的作用。

研究表明，ScSZ的表面反应速率及水溶性和YSZ相同^［33］；这意味着使用ScSZ的优势源于其性能，比如氧化物离子电导性及影响金属陶瓷阳极的阳离子扩散性。尤其是，较高的氧化物离子电导性对阳极抗碳沉积及抗硫中毒均具有积极影响。对碳沉积而言，从活性位置溢出的水蒸气通过从电解质向镍表面传递氧原子而对避免碳沉积有重要影响。当电流密度相同时，溢出的水蒸气数量相同。因此，氧化物较高的离子电导性仅在电化学活性位置发挥影响作用。金属陶瓷阳极中氧化物组件的离子电导性较低时，只有位于阳极层底部的TPB有活性，而氧化物离子电导性较高时，远离底部的TPB也是活跃的。对于硫中毒问题，应考虑平衡移动(equilibrium shift)与阳极过电势及燃料利用率间的函数关系。在此，过电势应与氧化物离子的导电性有关。

2.LSGM电解质环境下的Ni阳极

对LSGM电解质而言，掺杂氧化铈被用作金属陶瓷阳极的氧化物组件。尽管会出现相互扩散现象，但是掺杂氧化铈与LSGM间的界面非常稳固。在LSGM电解质环境下使用镍阳极存在的最大问题是电池高温烧结的过程中NiO向钙钛矿相溶解的现象非常突出。这是因为，在空气氛围下，LaNiO₃钙钛矿相非常稳定以至于NiO易于溶解在LSGM/LSGMC相中。更为不利的情况是，NiO可完全渗透到阴极一侧。这种现象必须避免，因为LSGM中的NiO在氢气作用下可被还原成金属Ni，从而导致LSGM电解质出现缺电子现象(electronic shorting paths)。图2.7显示了利用次级离子质谱法(SIMS)检测的在实际LSGMC基电池运行24h后元素的分布情况。该电池由三菱材料集团制造和测试［34］。可以从图2.7中明显看出在制造过程中成功避免了Ni向LSGMC层的融入。

图2.7 三菱材料集团制造的无缝盘式电池运行24h后通过次级离子质谱法(SIMS)检测到的元素分布情况^［34］

3.氧化物阳极材料

近年来，研究人员一直致力于氧化物阳极材料方面的研究工作，主要原因是试图克服上述Ni金属陶瓷阳极的一些缺点。尽管氧化物阳极应该在还原氛围内工作，但是其制造过程通常在空气氛围下完成，因此氧化物阳极在氧化和还原氛围下均能保持稳定。这一要求与氧化物连接件类似，同时也表明为满足化学稳定性这一要求，材料的选择变得非常苛刻。

很久之前，掺杂氧化铈及掺杂铬酸镧就得到了系统研究，因为氧化铈在还原氛围下是一种混合型导体，而铬酸镧是氧化物连接件的典型候选材料。上述两种材料作为阳极均表现不佳。最近几年，其他类型的钙钛矿型氧化物得到关注，这将在本书的其他章节予以介绍。氧化物阳极材料的优劣将通过其稳定性和性能两方面来综合考虑。

2.2.2.4 金属连接件

使用金属连接件^{［35，36］}代替氧化物连接件^［13］的原因如下：

(1)材料成本

氧化物连接件中使用的La价格昂贵，而铁合金价格低廉。

(2)制备LaCrO₃基连接件存在困难

在空气中烧结面临巨大挑战。如果没有合适的技术制备致密氧化物连接件，则不能制造SOFC，因此只有少数制造商通过烧结成功制备了氧化物连接件，并利用这些连接件构建了SOFC。另一方面，制备金属连接件要比LaCrO₃基连接件容易很多。然而，对于氧化物弥散强化合金(诸如Cr₅Fe₁Y₂O₃)而言，则需要特殊技术将其加工成特定形状后才能用于SOFC堆。

(3)高热导性

为保护易损的陶瓷组件，控制SOFC堆内温度的分布是非常重要的。

(4)高机械稳定性

为缓和陶瓷组件的热张力，有必要通过使用具有低热膨胀系数和高热导性的材料以缩短热起伏的松弛时间。因为YSZ电解质本身不能满足这些要求，所以有必要在SOFC堆中使用金属组件。

从物化性能这个角度来看，上述连接件可通过其氧势分布予以比较(见图2.8)。对LaCrO₃基连接件而言，因为氧化物离子空位浓度较小，所以在空气一侧的薄层氧势斜率非常大，从而在氧化反应一侧，氧化物离子的电导性偏低。对金属连接件而言，在燃料和空气区的氧化区域均出现了明显的氧势下降，并且金属中相应的氧势值维持在一个很低的水平上。这一发现表明在金属连接件中，氧化物临近区域的质子转移控制情况对判断所选用材料是否合适具有重要意义。

图2.8 氧化物连接件和金属连接件的氧势分布(在氧化物连接件中，氧势分布取决于氧化物离子和导电性，而表面氧化膜决定了金属连接件的主要特征)

与金属连接件相关的技术问题可总结如下：

(1)热膨胀系数

在高温环境下使用时，Ni-Cr基合金抗腐蚀性能非常优异。这类Ni-Cr基合金具有很高的热膨胀系数，表明和YSZ匹配过度(larger match)。Siemens/Plan-see公司开发的Cr基合金热膨胀系数与YSZ的极其相似，这种合金被Sulzer Hexis所应用。另外，Fe-Cralloy合金也被经常用到。尽管其热膨胀系数和YSZ的不完全匹配，但是Ni-Cr给予了良好的改善。

(2)稳定的氧化膜

腐蚀问题从两个不同方面影响着SOFC。首先，腐蚀会增大电阻。对于普通配制的电池，电路通常渗入氧化膜，这就意味着氧化膜的增长将导致场比电阻(area-specific resistivity)增加。腐蚀还会影响机械性能。氧化膜的增长会引起体积改变，从而导致机械稳定性降低。因此，金属连接件的氧化膜应该较薄，并能导电。

(3)异常氧化

在一些情况下，由Cr₂O₃组成的氧化膜可能破裂，从而不能再起到保护层的作用，因此合金中的铁组分会发生异常氧化而脱离氧化膜。这一现象的典型特征如图2.9所示，其中通过SIMS技术分析玻璃密封材料存在的情况下铁合金的异常氧化，结果表明在腐蚀区有高达10×10^-6的Na组分出现^［37］。在这一特殊的实验中，通常认为Na组分来自玻璃密封材料。即使如此，Na污染是经常发生的。这种现象与由NaCl与/或Na₂SO₄导致的热腐蚀类似。

图2.9 金属连接件的异常氧化(在异常腐蚀区检测到了从玻璃密封材料中迁移出的Na组分。合金中的铁组分从腐蚀区迁移到异常扩展区^［37］)

(4)铬中毒

在连接件的空气一侧，铬挥发成为一个值得关注的问题，因为钙钛矿阴极有可能会出现铬中毒。水锰矿阴极更是会出现严重的铬中毒。为了避免这一问题，可以在金属连接件一侧做一些尝试。铬挥发程度取决于氧化膜中Cr₂O₃的活性。所以一种方法是在内部Cr₂O₃膜上形成尖晶石相。在典型的铁合金中，氧化膜外层会生成MnCr₂O₄，然而铬中毒不会因此而停止。为了完全抑制铬挥发，应在金属连接件的表面覆盖一层不含铬的尖晶石相。