燃料電池是一種通過氧化還原電化學反應過程將燃料的化學能直接轉化為電能的高效發電裝置。它不經過普通的燃燒和熱機，不受卡諾循環的制約，具有很高的能量轉換效率。
燃料電池主要由陽極、陰極和電解質三大部分組成。按照所採用電解質的不同，燃料電池可分為：質子交換膜燃料電池(PEMFC)、鹼性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和固體氧化物燃料電池(SOFC)等五大類。其中，固體氧化物燃料電池具有可模塊化設計、電池組件為全固態結構、運行壽命長、轉化效率高（可達50%～80%）、燃料適用性強（氫氣、一氧化碳、天然氣等多種碳氫燃料）、避免使用貴金屬作電極材料等突出優勢，常被稱作第四代燃料電池，發電效率可達60%以上，進行熱電聯供後效率可達80%以上。在分布式電站、動力電源、電子產品和大型發電站領域等都有廣闊的應用前景而受到了廣泛的重視。固體氧化物燃料電池被普遍認為是21世紀最有希望大量應用的綠色能源轉化裝置，各國目前都在競相積極推進其產業化和市場化的進程。
固體氧化物燃料電池的關鍵材料有陽極、陰極、電解質、密封材料以及連結材料等。傳統的固體氧化物燃料電池在較高的溫度下工作，這就造成了對電池配套的材料要求高、電池封接困難。電解質材料是整個固體氧化物燃料電池的核心，燃料電池的工作溫度、輸出功率等直接受其影響；與之匹配的連接材料和電極材料也受限於電解質材料，即固體氧化物燃料電池的電極及其輔助材料必須圍繞著電解質材料進行製備和設計。目前，氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)是最為經典的固體氧化物燃料電池的電解質材料。陽極，要求在還原性氣氛下結構必須保持穩定，並且具有足夠的電子或者氧離子電導率、對燃料氣的高催化活性。陰極，不僅要求與電解質和連接材料之間具有良好的化學相容性、熱化學穩定性和優異的附著能力，還要求在氧化氣氛以及高溫下必須保持穩定的高催化活性。
經過近幾十年的大力發展，世界各國的科學家和工程師們正試圖努力降低固體氧化物燃料電池的操作溫度，實現中溫化(500～800℃)甚至低溫化(低於500℃)，進一步降低各部件(包括陰極、陽極、電解質、連接材料和封接材料等)的製造成本和電池的操作成本。迄今為止固體氧化物燃料電池仍然有許多實際應用和基礎研究上的問題尚未得到妥善解決，還沒有完全達到商業化的要求。
目前，制約燃料電池實用化的主要瓶頸是其成本和使用壽命。為了解決固體氧化物燃料電池在商業化規模和各種應用中的部署所面臨的關鍵問題，本書匯集了全球各個國家和地區相關領域的專家們就電解質、汙染物、氧化還原循環、氣密性和電極微結構等方面的最新研究進展進行了綜述，還包括與電池壽命密切相關的陰極、連接體、燃料處理器等燃料電池部件以及新材料開發等內容，以固體氧化物燃料電池為核心的能源系統的平衡、性能與退化評價的分析方法、有關退化的定量計算和統計方法等也有詳細介紹。
全書內容共分為10章：1. 固體氧化物燃料電池材料、技術和應用介紹。本章對固體氧化物燃料電池技術做了全面詳細的綜述，涉及固體氧化物燃料電池的歷史沿革、設計、運行溫度和材料、現有可商業化的技術現狀，既包括基礎理論也有真實的應用實例，最後對燃料電池面臨的共性問題----退化的多種物理和化學機理進行了初步介紹，引出了後續章節的內容；2. 固體氧化物燃料電池電解質----影響壽命的因素。影響電解質長期退化的因素有多種，最基本的是其內在的化學穩定性，此外還有與陰極材料的化學作用，由於熱梯度、熱循環和氧化還原循環造成的力學不穩定。重點對第三種退化路線進行了剖析；3. 燃料對固體氧化物燃料電池陽極壽命的影響：燃料組成、純度和陽極壽命和可靠性間的關係。本章全面考察和比較了各種類型的燃料和多種操作條件下固體氧化物燃料電池的發電特性。通過化學平衡確定燃料的熱化學穩定性來調整初始燃料的組成，特別指出添加足夠的水蒸汽可防止積炭的生成，描述了燃料在外部重整和內部重整情況下的發電特性，總結了三種情形下影響固體氧化物燃料電池耐久性的規律；4. 氧化還原循環對固體氧化物燃料電池壽命的影響。有關固體氧化物燃料電池氧化還原循環的研究直到2000年後才有相關文獻報導，本章主要探討氧化還原循環的微結構效應，及其對電池的製造、鎳的還原和氧化動力學、力學和電化學性能的影響，最後提出了應對氧化還原循環退化的解決方案及未來研究方向；5. 微結構的退化：增強固體氧化物燃料電池電極耐久性的機理、模擬和設計策略。重點描述了固體氧化物燃料電池中電極微結構尤其是陶瓷陽極的退化機理，採用實驗和模擬的方法可定量確定微結構退化的貢獻，同時給出了增強微結構健壯性的策略。6. 空氣中汙染物造成的固體氧化物燃料電池陰極退化：綜述。陰極性能退化的原因既有固-固反應，也有氣-固反應，本章主要介紹真實空氣中本身所含的微量水蒸汽、二氧化碳和硫氧化物以及外帶的含鉻氣體(CrOx 和CrOx(OH) x)雜質對陰極退化所造成的影響規律，並對減緩鉻輔助陰極退化提出了一些方法和措施；7. 固體氧化物燃料電池連接體的壽命問題。中溫固體氧化物燃料電池（600～800℃）主要採用金屬連接體，目前對於高溫固體氧化物燃料電池用的金屬連接體的研究開發活動也很活躍。在總結了有關影響固體氧化物燃料電池連接體壽命的物理現象的理論基礎問題後，提供了真實的壽命測試數據，展示了在工業和實驗室環境中固體氧化物燃料電池堆中金屬連接體的行為，指出現有的模型過高估計了金屬連接體的退化同時現有的延長壽命解決方案是合理有效的；8. 固體氧化物燃料電池中燃料處理器的壽命和可靠性。固體氧化物燃料電池中燃料處理器的壽命主要取決於其中所用催化劑的壽命，分析了造成催化劑失活的燒結和炭沉積機理，提出了增強液態燃料處理器可靠性的設計原則以及重整後處理的方法，最後還對燃料處理器的壽命進行了測試估算；9. 基於固體氧化物燃料電池產品的壽命和可靠性：綜述。對最新的固體氧化物燃料電池壽命數據進行了全面的分析評估，重點選取有代表性的日本、英國、美國三個案例剖析了提高固體氧化物燃料電池壽命和可靠性的策略和新進展；10. 改善固體氧化物燃料電池持久性和健壯性的新材料。對固體氧化物燃料電池涉及的電解質、陰極、陽極和堆材料的新進展做了全面的綜述，強調其性能和持久性間的權衡，還提到了加速老化的測試方法，指出了提高長期運行可靠性的新材料研究方向。
我國目前對固體氧化物燃料電池的研究開發業已取得了很大的進展，本書的內容對進一步推動我國在該領域的技術進步具有積極的意義。
本書第一編著者Nigel Brandon，現為英國倫敦帝國學院工程學部部長，英國工程院院士，大英帝國官佐勳章獲得者（OBE），核心研究領域為面向能量應用的電化學裝置的科學、工程和技術。他與該領域的產業界和研究機構有廣泛的合作和聯繫，兼任英國可持續發電中心氫能和燃料電池部主任、英國可持續發電中心儲能部共同主任、倫敦帝國學院可持續氣體研究所所長、Ceres Power公司的首席科學顧問。
本書的讀者對象是從事固體氧化物燃料電池及其新材料、新工藝、新技術研究與開發的科研技術人員，燃料電池、能源、化學、材料等相關專業的高等院校教師和研究生。
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