固体氧化物燃料电池（SOFC）是什么？与固体氧化物电池系统（SOC）之间是什么关系？中国工程院院刊《Engineering》曾刊文指出，氢能是未来最重要的能源载体，而可以实现氢能和现有化石燃料清洁高效利用的固体氧化物燃料电池，与我国现有能源供应系统兼容，必将担负起非常重要的历史使命。大力发展可以采用多种燃料的固体氧化物燃料电池将助推我国供给侧能源改革，推动能源技术革命，为实现碳达峰、碳中和目标奠定技术基础。
在日前举行的2023年中国城燃氢盟年会暨第四届氢能学术会议上，深圳大学材料学院特聘教授骆静利向21世纪经济报道记者讲述了固体氧化物电池系统当前所面临的挑战与未来发展前景。
综合性能强
(资料图)
据介绍，固体氧化物燃料电池能够在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效转化成电能。高工氢能的最新数据显示，固体氧化物燃料电池不受卡诺循环限制，能量利用率高达80%-90%。作为第三代燃料电池，固体氧化物燃料电池可以应用在分布式发电与固定电站、家用热电连供、便携式电源、车用辅助电源和增程器等领域。
骆静利表示，固体氧化物燃料电池的综合性能强，具有发电效率高、寿命长、成本低、燃料适应性广等突出优点，未来前景十分广阔。当前，政策支持下，不仅科研机构在开展相关研究，国内企业也早已开始布局，并已经取得进展。
“全固态的电池结构，避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电解液渗漏流失等问题。同时，燃料多样性，可直接用天然气、煤气和其他碳氢化合物作为燃料，不需要使用贵金属催化剂，还做到了低排放，没有运动部件，无噪音污染，规模和安装地点灵活。最重要的一点是，固态电解质对硫污染具有较高的耐受性，更稳定。”骆静利说道。
被电催化剂限制
固体氧化物电池系统是固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池的统称，骆静利表示，固体氧化物电池系统是先进的电化学能量存储和转换装置，在清洁能源发电及二氧化碳转化领域都有着广泛的应用前景。
“但是现阶段国内的研究在固体氧化物燃料电池系统稳定性和系统集成技术方面还与国外有一定差距。由于其研发难度高且投入巨大，国内目前只有少数几家企业涉足其中。”骆静利指出，主要有潍柴动力（山东省潍坊）、中广核集团、华清能源（苏州）、晋煤集团（晋城）、华科福赛（武汉）、国家能源集团、中弗新能源、索弗克（佛山）、索福人能源技术（宁波）、潮州三环等少数企业，主要聚焦于SOFC系统集成和辅助系统的研发。
为什么研发难度大？骆静利坦言，当前我国对于关键的电催化材料的研发还有待提高。锶铁钼基钙钛矿由于具有良好的离子电导、电子电导及氧化还原稳定性，已成为目前SOC燃料极电催化材料的一个研究热点。然而，由于其结构稳定，表面暴露的活性位点少，导致其本征催化活性表现较差。因此，如何提高钙钛矿基氧化物的本征催化活性是构建高性能固体氧化物电池系统反应器的一个新挑战。
商业化曙光开始显现
目前，我国的固体氧化物燃料电池产业处在工业示范向商业应用的过渡阶段，商业化的曙光开始显现，这吸引了许多企业开始参与进来。
骆静利院士团队通过调整锶铁钼基钙钛矿氧化物氧的p带中心向费米能级偏移，将其结构中氧空位的形成及迁移能垒降低，显著提升了氧离子在电化学反应中的传质速率及催化反应动力学过程。
骆静利向21世纪经济报道记者解释，“锶铁钼基钙钛矿氧化物B位补偿可有效提升其对二氧化碳的电解性能和稳定性，锶铁钼结构中，锶含量的增加，形成的钼酸锶相会增多，导致其结构部分分相，电解过程中容易造成表面积碳，降低二氧化碳的电解转化性能及长期稳定性，通过相变调控，可以实现钙钛矿的性能快速提升，实现高效的二氧化碳电解。”
骆静利直言，该技术在未来，还需要加强应用基础研究，掌握长寿命、高可靠性电堆的设计和生产制备技术，开发出高效、长周期稳定运行的大功率系统。在商业化初期还需要国家政策的支持和财政补贴，使产业初步实现规模化，同时能促进相关配套产业链不断完善。
（文章来源：21世纪经济报道）
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