固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是将燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置，具有能量转换效率高、成本低、高比功率、堆积结构、燃料来源广泛（包括氢气、煤层气、石油、天然气、生物质气及其它碳氢化合物）、排放低和无噪音环境友好等优点。SOFC工作温度较高大约在600～1000℃ 从而其电解质具有较高的氧离子传导率，在高温时反应不需要贵重金属催化剂，而是采用廉价的Ce、La等轻稀土陶瓷材料构成了SOFC高性能电解制材料和电极催化剂材料。 SOFC发电系统可以从数瓦到数兆瓦的很宽泛的功率范围内实现应用，在分布式发电、可移动电源、交通运输和军事等很多领域都有着广泛的应用，被认为是未来最有发展潜能的第四代发电技术。由于我国SOFC起步晚，国外对其核心技术封锁，我国目前与国际先进商业化水平还有很大差距。

1SOFC主要研究团体及研究项目

1.1上海硅酸盐研究所

中国科学院上海硅酸盐研究所是我国最早开展SOFC研究的科研机构，以王绍荣教授和占忠亮教授为首的燃料电池研究组，从20世纪90年代就开始从事清洁高效SOFC发电技术的工程化研究，其研究得到了科技部国家高技术研究发展计划（863 计划）的长期重点支持，承担了国家项目“固体氧化物燃料电池关键材料”、“5kW固体氧化物燃料电池技术”、“1kW平板型固体氧化物燃料电池堆课题”、“2kW固体氧化物燃料电池系统”。

1999年全国首例成功组装和运行了1个电解质膜面积为40×40cm2单位的含10个单体的SOFC电池堆。2001年组装和运行了国内第1个高温SOFC 电池堆，工作温度为1000℃，输出功率为810W。2002 年开始重点发展阳极支撑型氧化锆薄膜电解质中温SOFC。2004 年在国内率先实现了面积大于10×10cm2单位的阳极支撑型电解质复合膜的批量生产，其具有强度高、完全平整、功率密度稳定可靠及衰减率低等优点。2006年底和2007年初先后运行了3个各含60片100mm×100mm阳极支撑电池的大电池堆，3个堆的开路电压均达到60V以上，平均功率700W,重现性好，电堆工作温度降低到750℃，峰值功率密度接近0.28W/cm2。还开发了SOFC 专用玻璃陶瓷密封材料，解决了电池堆组件热膨胀系数匹配问题以及密封成功率问题，在国内率先实现了电池堆的冷热循环运行（>8 次）。同时，深入研究了连接板的气道设计和流场分布、密封技术和密封件设计以及连接板抗高温氧化导电涂层的制备技术，并取得了每1000h低于3%的电池堆输出功率衰减（累计运行3000h）。2010 年，利用自主研制的20×20cm2单位大面积电池组建的电池堆在750℃下最大功率达到1500W。2011 年初，上海硅酸盐研究所完成了200W SOFC 独立发电系统的概念验证，其核心电池堆由10片13×13cm2的单体电池构成，该系统成功运行3次，分别实现了160W、180W 和200W 的电力输出，充分证明密封技术和集流技术完全可以满足冷热循环的苛刻要求，电池堆结构设计具有优异的技术可靠性。见图1、图2。

    经过20年的积累，中国科学院上海硅酸盐研究所燃料电池研究组在SOFC 发电技术的关键材料、关键部件以及电池堆设计、组装、控制和运行等方面积累了丰富的经验，形成了具有自主知识产权的独立技术体系。目前向外提供阳极和电解制膜片，单电池（PEN）片，8YSZ片，SSZ片，LSM、LSCF阴极粉体，多孔氧化铝压板，单电池测试及密封装置等系列产品。

    图1上硅所小批量生产的单电池片

    图2上硅所电池堆模块

1.2宁波材料所

    宁波材料所是目前国内最大的固体氧化物燃料电池研发机构，其燃料电池事业部系统设计与集成组是一支跨专业综合性的团队，有着多年的SOFC粉末、单电池、电堆等相关产品的研发和生产经验，其数百家客户遍及北美、欧洲、亚洲等国家和地区，先后承担了1家美国公司1kW发电与测试系统、文莱某大学1kW发电与测试系统、华电集团半山电厂5kW实地演示系统等项目。研发团队在不断提高产品性能的同时，继续以低廉的价格，面向全球，提供高功率密度、高燃料利用率、高机械强度的单电池。建立了中国第1条平板式固体氧化物燃料电池（SOFC）单电池中试实验生产线，生产面积为10×10cm2～15×15cm2的单电池，年产能达到20000片，该单电池最大功率在850℃达到90W，在750℃达到50W（活性面积10×10cm2）。

    近年，该研究所又研发了以民用天然气为燃料的1kW自热式独立发电系统，并成功运行，在全国范围内首次实现了真正意义上的产电、产能，迈出了从实验室走向家庭、市场的关键一步，该发电系统尺寸类似于一台小型的电冰箱，在20A恒流放电时，可以连续稳定地输出约780W的电能，最高放电功率约870W，最大发电效率为43%，扣除系统自身耗电（约90W）后，系统最大发电效率约39%，与美国、日本等燃料电池公司报道的平均发电效率相当，达到世界先进水平。目前进行实验生产并为科研和燃料电池系统演示提供各类服务，包括销售SOFC用阴极纳米粉末、半电池、单电池和电池堆；提供电极样品和单电池性能测试；提供电极测试和单电池测试房设计与加工；承接合同式项目研究等。见图3、图4。

图3宁波所 NIMTE 301型号电池堆

    图4宁波所 SOFC生产线

1.3清华大学

    清华大学核能与新能源技术研究院以毛宗强教授为首的燃料电池课题组于1994 年以来，就致力于燃料电池相关领域的关键原材料、核心部件、系统集成、过程监控的应用基础研究与工程开发，是我国较早从事燃料电池技术相关研究的团体之一。在质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和中低温固体氧化物燃料电池方向开展了大量的研发工作，取得了丰硕成果。从2003 年开始研究低温SOFC，在SOFC材料(包括电解质、阴极、阳极和密封材料)和新工艺开发、电堆结构设计方面做了大量工作，取得了一些阶段性成果。通过对SDC-碳酸盐复合电解质材料的组成优化，制备的单电池在400～600℃ 的低温范围内功率密度达到300～1100mW/cm2；采用一体化热压新工艺制备出耐热循环、机械强度高的单电池片(直径20mm)，在500～600℃ 稳定运行90h，性能无明显衰减；在此基础上，进行电堆结构和密封方案的设计并组装了短堆，其中两片堆在600℃ 的最大输出功率超过2W，开路电压达到2.12V。其研究工作得到了科技部“十五”和“十一五”“973”课题以及国家自然科学基金委的项目资助，承担了科技部“十五”“973”重大基础研究项目“氢能的规模制备、贮运及相关燃料电池技术”，在“十一五”期间又承担了多项燃料电池“973” 子课题和“863” 课题。通过长期的科研投入和积累，已经逐步形成了较完善的燃料电池材料制备、关键技术开发、应用基础研究的实验平台。

1.4中国矿业矿业大学

    中国矿业大学以彭苏萍院士和韩敏芳教授为首的课题团队从1999年就开始了固体氧化物燃料电池（SOFC）相关领域的研究工作，在2003年进行了煤气化为燃料的固体氧化物燃料电池发电体系的探索，2005年与上海交通大学联合成立“煤气化燃料电池联合研究中心”。2012年承担了科技部“973”计划项目“碳基燃料固体氧化物燃料电池体系基础研究”（韩敏芳教授任项目首席科学家），2011年北京市重大产业化项目，科技部国际合作司项目“便携式固体氧化物燃料电池关键材料及系统研究”和众多国家自然科学基金项目。

    结合中国矿业大学传统学科优势和新能源发展战略方向，在陈立泉、范维唐、彭苏萍等多位院士的指引下，对SOFC的材料和系统进行了一系类详细地研究。开展了流延成型制备YSZ电解质薄片，掺杂复合电解质材料，多空阴极材料，金属陶瓷阳极材料，耐热合金材料，玻璃陶瓷封接材料和高温封接材料等一系列的详细的研究工作，发展了纳米粉体制备、陶瓷材料多步低温烧结、功能梯度材料复合等实用化技术。组装了单电池和电池堆系统，进行了以地下气化煤气为燃料的燃料电池的理论计算、反应过程和实验研究工作。拥有多项国家发明专利，在燃料电池、新材料、氢能和无机化工领域获得了一定的成果，在全国乃至国际上具有一定的影响力。

1.5华清新能源公司

    苏州华清京昆新能源科技有限公司（简称华清新能源公司）创立于2010年，是以中国矿业大学煤气化燃料电池联合中心和中组部“千人计划”、美国工程院院士、国际SOFC资深专家苏巴辛格尔和中国工程院院士彭苏萍国家“973”项目首席科学家韩敏芳等众多陶瓷材料专家，以及来自化工、材料、机电控制行业等相关行业的优秀人才为创业团队核心，集合产、学、研、政府、金融机构以推进中国固体氧化物燃料电池产业化发展为宗旨的专业SOFC企业，是国内第一家从材料、元器件，到整机系统专业服务于SOFC发电领域的，横跨材料和能源两大领域的高科技制造商。

    华清新能源公司主营产品是SOFC的核心材料-纳米氧化锆，关键部件-电解制片、堆芯，和整机系统。华清新能源拥有自主知识产权的发明专利，解决了纳米氧化锆粉体的均一性与稳定性，解决了净尺寸成型、低温烧结的工艺难题，生产的电解质片实现了低温烧结致密化，晶粒尺寸在亚微米范围，电导率比通常产品提高20%～40%，填补了国内在SOFC发电领域的空白，为加速推进国内SOFC的研发进度，促使发达国家在该领域对我国解禁作出了重要贡献。

2应用化开展项目

2.1中国矿业大学校企合作项目

2010年5月，中国矿业大学与香港鸿百佳（国际）控股集团签署了燃料电池产业化项目合作协议，在江苏省南通市共建固体氧化物燃料电池（SOFC）研发生产基地，该项目集研发、生产于一体，规划建设一期为年生产能力1亿片电池片生产线，预计年产值可达35亿元人民币。2011年，连云港市开发区管委会与中国技术交易所签约碳基燃料固体氧化物燃料电池项目协议。该项目为“973”科技项目“碳基燃料固体氧化物燃料电池体系技术研究”首席科学家、中国矿业大学韩敏芳教授带队研发的技术项目，计划总投资近百亿元，其中一期将投入10亿元。一期开发家用电器燃料电池板块，二期开发燃料电池发电站板块，三期开发新能源汽车动力燃料电池。一、二、三期规划按期实施，整个燃料电池装备制造产业集群年产能力和年销售额可超过1000亿元规模。

2.2半山电厂SOFC系统演示项目

    在电厂发电方面，宁波材料所燃料电池事业部在杭州半山电厂成功进行了5kW SOFC发电系统的现场示范演示。SOFC发电系统以天然气为燃料，经过重整转化后供应SOFC电池堆发电，现场演示实验中的最大发电功率达到4.9kW以上，电池堆的发电效率达到41.1%，最高燃料利用率达到83.6%，见表1。

    此外，在浙江省科技厅的牵头下，半山公司还与宁波所签订了“20kW固体氧化物燃料电池发电技术示范研究”项目合作意向书和浙江省重大科技专项合作协议书，开展杭州华电半山20kW固体氧化物燃料电池发电技术现场示范研究，在燃机场区建立了现场示范实验室，并已完成了单电池性能优化、电池堆结构设计与优化、系统集成与整体工艺设计优化、电池堆阵列结构设计、规划电堆电路连接方式、明确电堆气路的布置方式等一系列工作。这是全国首个开展SOFC系统电厂实地演示的项目。

3结语

    对国内主要的几大SOFC科研团体、商业公司及其科研成果、产品作了概述。目前，国外SOFC技术正在飞速发展，商业化进程不断加快，在美国Bloom Energy 已经向商业客户出售了家用型的SOFC发电系统，在日本小型民用热电联供的固体氧化物燃料电池系统的产业化已经启动。目前，虽然国家和政府已经给予SOFC很大的关注，但客观来说，我国SOFC技术与国外发达国家相比还是有一定距离，作为国家一项战略性产业，国家应继续加大对国内SOFC项目的扶持力度，加大各科研团体之间的合作开发。