我国SOFC产业已处于工程示范向商业化应用的过渡阶段

由中国产业发展促进会氢能分会（简称“氢能促进会”）联合30余家氢能产业龙头企业和科研院校共同编写的《中国氢能技术发展研究报告2024》（简称《报告》）近日在京发布。

《报告》着眼于我国氢能全产业链技术发展现状与趋势，围绕氢能“制储输用”各关键环节，从技术发展现状、不同技术路线对比、核心技术与关键装备水平、国内外技术水平比较等方面进行了全面梳理，并立足全球氢能技术前沿发展方向与我国氢能产业发展实际需要，分析并提出了我国氢能全产业链各环节关键技术发展方向的科学建议。

《报告》提出，SOFC发电效率可达60%以上，热电联产综合效率可达90%以上，是能源利用效率最高的燃料电池技术之一。目前我国已经初步掌握了从原材料生产、单电池批量生产制备、电堆组装到SOFC系统设计开发的全流程技术，国内SOFC产业正处于工程示范向商业化应用的过渡阶段。

根据《报告》，SOFC与SOEC的结构类似，其电池结构同样分为管式和平板式两种。管式SOFC电池堆单体自由度大，不易开裂，采用多孔陶瓷作为支撑体，结构坚固，且电池组装相对简单，易组成大功率的电池组。但管式SOFC的电解质较厚，导致其功率密度较低。平板式SOFC电池结构和制备工艺简单，且通过使用电解质薄膜，可明显降低电池的欧姆阻抗，提高电池的电化学性能。但平板式SOFC电池组件边缘需要进行密封，因此其对双极连接板材料和密封材料及工艺要求较高。

《报告》指出，电解质是SOFC的核心部件之一，将直接影响SOFC的系统效率。电解质按传导类型可分为氧离子传导型和质子传导型两种，氧离子传导型SOFC的电解质材料通常为萤石结构和钙钛矿结构，其中氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）是目前应用最为广泛的电解质材料。

质子传导型则多使用掺杂铈酸钡和锆酸钡的材料，掺杂BaCeO3的材料具有极高的质子电导率，是目前研究最多的质子传导型电解质材料，提高BaCeO3在酸性条件下的稳定性是该路线的主要研究方向。

在电解质薄膜的制备工艺方面，降低电解质厚度是当前的主要攻关方向。在电极材料方面，Ni基金属陶瓷和钙钛矿型材料是SOFC阳极材料主要研究方向，其中Ni基金属陶瓷材料具有导电率高、催化性能好、化学稳定性高以及成本低等优势，是目前SOFC阳极材料的普遍选择。

钙钛矿型材料是当前SOFC阴极材料的主要研究方向，其中LSM是较为常用的阴极材料，同时，LSM在1000℃下与YSZ有较好的相容性，因此常与YSZ混合使用。

《报告》提出，连接体是决定SOFC体积功率密度的核心结构，连接体材料除了需要具备较好的耐高温老化性和化学稳定性，还需具备较好的电子导电率。连接体按材料类型可分为金属连接体和陶瓷连接体。陶瓷材料高温下的稳定性相对较好，因此是目前主要的连接体材料，多采用LaCrO3和SrTiO3等钙钛矿材料。

《报告》显示，我国已经实现了SOFC技术的工程化突破，完成了系统功率达120kW的SOFC产品开发，其净发电效率超过60%，热电联产效率达到92.55%，整体达到国际先进水平。