我國SOFC產業已處于工程示范向商業化應用的過渡階段

由中國產業發展促進會氫能分會（簡稱“氫能促進會”）聯合30余家氫能產業龍頭企業和科研院校共同編寫的《中國氫能技術發展研究報告2024》（簡稱《報告》）近日在京發布。

《報告》著眼于我國氫能全產業鏈技術發展現狀與趨勢，圍繞氫能“制儲輸用”各關鍵環節，從技術發展現狀、不同技術路線對比、核心技術與關鍵裝備水平、國內外技術水平比較等方面進行了全面梳理，并立足全球氫能技術前沿發展方向與我國氫能產業發展實際需要，分析并提出了我國氫能全產業鏈各環節關鍵技術發展方向的科學建議。

《報告》提出，SOFC發電效率可達60%以上，熱電聯產綜合效率可達90%以上，是能源利用效率最高的燃料電池技術之一。目前我國已經初步掌握了從原材料生產、單電池批量生產制備、電堆組裝到SOFC系統設計開發的全流程技術，國內SOFC產業正處于工程示范向商業化應用的過渡階段。

根據《報告》，SOFC與SOEC的結構類似，其電池結構同樣分為管式和平板式兩種。管式SOFC電池堆單體自由度大，不易開裂，采用多孔陶瓷作為支撐體，結構堅固，且電池組裝相對簡單，易組成大功率的電池組。但管式SOFC的電解質較厚，導致其功率密度較低。平板式SOFC電池結構和制備工藝簡單，且通過使用電解質薄膜，可明顯降低電池的歐姆阻抗，提高電池的電化學性能。但平板式SOFC電池組件邊緣需要進行密封，因此其對雙極連接板材料和密封材料及工藝要求較高。

《報告》指出，電解質是SOFC的核心部件之一，將直接影響SOFC的系統效率。電解質按傳導類型可分為氧離子傳導型和質子傳導型兩種，氧離子傳導型SOFC的電解質材料通常為螢石結構和鈣鈦礦結構，其中氧化釔穩定的氧化鋯（YSZ）是目前應用最為廣泛的電解質材料。

質子傳導型則多使用摻雜鈰酸鋇和鋯酸鋇的材料，摻雜BaCeO3的材料具有極高的質子電導率，是目前研究最多的質子傳導型電解質材料，提高BaCeO3在酸性條件下的穩定性是該路線的主要研究方向。

在電解質薄膜的制備工藝方面，降低電解質厚度是當前的主要攻關方向。在電極材料方面，Ni基金屬陶瓷和鈣鈦礦型材料是SOFC陽極材料主要研究方向，其中Ni基金屬陶瓷材料具有導電率高、催化性能好、化學穩定性高以及成本低等優勢，是目前SOFC陽極材料的普遍選擇。

鈣鈦礦型材料是當前SOFC陰極材料的主要研究方向，其中LSM是較為常用的陰極材料，同時，LSM在1000℃下與YSZ有較好的相容性，因此常與YSZ混合使用。

《報告》提出，連接體是決定SOFC體積功率密度的核心結構，連接體材料除了需要具備較好的耐高溫老化性和化學穩定性，還需具備較好的電子導電率。連接體按材料類型可分為金屬連接體和陶瓷連接體。陶瓷材料高溫下的穩定性相對較好，因此是目前主要的連接體材料，多采用LaCrO3和SrTiO3等鈣鈦礦材料。

《報告》顯示，我國已經實現了SOFC技術的工程化突破，完成了系統功率達120kW的SOFC產品開發，其凈發電效率超過60%，熱電聯產效率達到92.55%，整體達到國際先進水平。