固體氧化物燃料電池（solid oxide fue lcell，SOFC）是最高效率的燃料電池，也稱作陶瓷燃料電池，是一種在中高溫下將各種燃料氣（天然氣、垃圾填埋氣、煤氣、甲醇等）的化學能高效地轉化為電能的全固態燃料電池。

 

一般在650度以上SOFC才能實現滿負荷運轉。系統層面還需要燃料供應系統（預重整器）、供氣系統（加熱器、壓縮機）、控制系統（電壓調節器、逆變器）及其他部件保證整個系統的穩定運行。工作效率可以達到65%——80%，由于工作溫度較高，其反應活性極高。

 

SOFC由電解質（陶瓷材料）、陽/陰極、連接體（陶瓷或合金）構成單電池，再由多個單電池構成電堆。

 

 

 

SOFC可應用于分布式發電、備用電源與熱電聯產，可以在制氫、綜合能源補給站、儲能、化工節能、交通應用領域（主要是應用在商用車增程器以及船舶輔助電力）等方面。

 

 

SOFC可采用天然氣、合成氣（CO、H2等混合氣）、生物質氣（如沼氣）等為原料，也可以采用煤制氣、煤層氣、頁巖氣、工業副產氣等為原料，促使傳統化石能源轉化效率提升，降低CO2排放，實現化石能源的清潔高效利用。

 

 

SOFC正向運行可以發電，逆向運行即為固體氧化物電解池（SOEC）。SOEC可利用余熱與可再生電力，同時高溫水蒸氣和高溫CO?可以契合SOEC技術大規模應用，電解效率高達85%——95%，遠高于其他電解水技術。

 

 

微型熱電聯供系統的發電規模通常為1——5 kW，可直接將天然氣轉化的電能和熱能供給單個用戶使用，當電力富余時可將電力售給電網，這種分散式的熱電聯供系統大大節省了一次能源消耗，提升了能源利用效率。日本和歐洲是發展微型熱電聯供系統的兩個主要區域，其較為著名的示范項目分別為Ene-farm和Ene-field。

 

 

SOFC可以使用傳統燃料，但其啟動時間較長，適合作為豪華汽車、休閑車及重型卡車的輔助動力裝置。

 

 

基于SOFC的微型發電系統也在擴展到便攜式電源領域，這主要是因為SOFC具有更高的比功率密度[ 比功率密度是描述電池在瞬間能放出較大能量的能力。]，微管式SOFC可滿足啟動迅速的要求。

 

 

 

目前SOFC技術在美國、日本為代表的發達國家已日趨成熟，開始進入商業化應用初級階段。

 

· 美國

 

美國主要扶持大型工/商業用燃料電池發電，代表性企業Bloom Energy是全球范圍內最大的SOFC公司，總裝機量已經超過350MW，為Google、eBay、Wal Mart等公司提供了數百套燃料電池分布式發電系統，是目前公認的SOFC行業內技術力量最強，運作最成功的公司。其主要產品發電效率可以達到65%。據美國Bloom Energy公司統計，全球SOFC、SOEC市場規模將達2萬億美元。

 

· 日本

 

日本的SOFC發展主要由NEDO(日本新能源產業技術綜合開發機構New Energy and Industrial Technology Development Organization Japan)推動,目標為到2024年，SOFC發電效率超過65%(低熱)，壽命達130000 h。主要項目為SOFC系統重點技術的開發和工業驗證，主要研發機構包括愛信精機、大阪燃氣、京瓷和豐田汽車等企業。

 

·歐洲

 

歐洲SOFC的發展方向以SOEC電解為主，把可再生電力通過SOEC來制氫，代表性企業是德國Sunfire，建造了總功率2.6MW的SOEC電解水制氫設備，這是世界上最大的電解水制氫設備。歐洲的SOFC主要扶持以SOFC為主的家用燃料電池CHP(熱電聯產Combined Heat and Power)項目，歐洲主要進行平板式SOFC電池堆及發電系統的研發。目前，德國已累計投放五萬多套Micro-CHP，根據輸出功率的大小為裝置安裝提供7050-28200歐元的補助金，是歐洲Micro-CHP投放最多的國家。

 

· 韓國

 

目前韓國SOFC主要應用于公用事業領域，市面上的主流技術來自英國的Ceres Power和美國的Bloom Energy兩家公司，由斗山和SK E& C分別引進推廣。

 

韓國已成為燃料電池用于公用事業規模發電的全球領導者，2019、2020、2021年分別布署達370.7MW、464MW、605MW。根據韓國貿易、工業和能源部（MOTIE）發布的電力供應需求計劃，預計到2022年韓國燃料電池部署量將進一步擴展到800MW。

 

 

由于國外的SOFC技術和產業一直對中國實施封鎖，中國只能走自主開發路線。

 

我國研究燃料電池的機構主要為高校和科研院所。近年來，有濰柴動力、中廣核、晉煤集團等大型企業加入SOFC研發陣列，加速商業化步伐。截至2020年底，SOFC相關專利申請8187項，中國5100項排名第一。

 

SOFC產業鏈主要包括單電池及上游材料、電堆及其輔助設備（BOP）、系統集成和應用部分。

 

電池層面，國內數家單位己經掌握了大面積單電池量產技術，耐久性可達到上萬小時，潮州三環尤為突出。

 

在電堆方面，國內企業在電池結構設計、單電池組裝方面仍然比較粗放，電池密封和連接體結合強度在電池長期運行中還存在不穩定等問題，這很大程度上影響著SOFC系統的使用壽命。比如，目前國內的水平大概在數千小時到1萬小時左右，但SOFC商業化系統的期望是10年以上。

 

在電堆輔助系統（BOP）上，包括預重整器、加熱器、壓縮機、電壓調節器、逆變器、換熱器等，目前國內還沒有專業生產公司，主要原因是：SOFC市場還未起量、涉足企業的積極性不高，參與SOFC的開發和產業化的企業不多；缺乏相應的配套政策，補貼力度與歐美等國家相比較少。

 

除了配套部件(BOP)產業鏈問題，還有系統效率優化問題、大功率系統的構建問題、電池壽命問題等。

 

 

 

國內有濰柴動力、潮州三環、浙江氫邦、中弗新能源、寧波索福人等企業基于不同的應用場景，已打造出1-2個示范應用項目，建立起小批量試用產線。

 

目前國內SOFC發電系統功率范圍為1-35kW，MW級產線超過10條。當前SOFC領域相對成熟的是5kW左右的產品，同時在大功率趨勢下市場上也已經出現30kW的產品。

 

 

2022年3月23日，國家發改委發布了《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，著重提到固體氧化物電解水制氫的技術攻關。

 

《廣東省能源發展“十四五”規劃》提出基于SOFC電解質隔膜片等核心零部件制造方面全球領先的優勢，發展SOFC及其分布式發電成套裝備，推廣高溫燃料電池冷熱電三聯供應用示范。

 

《北京市氫能產業發展實施方案（2021-2025年）》，明確將SOFC的發展目標列入其中。推廣SOFC在熱電聯供、固定式發電、備用電源以及微電網等領域的應用，開展移動式燃料電池充電裝置試點；以新建數據中心和通信基站等為應用場景，推動SOFC技術與產品的試點應用。

 

 

 

國內生產SOFC的企業主要有潮州三環、浙江氫邦、中弗新能源、寧波索福人、華清京昆、濰柴動力等。