固体氧化物燃料电池量产技术及应用

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固体氧化物燃料电池量产技术及应用固体氧化物燃料电池（SOFC）通过电化学反应替代燃煤发电，是推动我国能源结构转型的重要技术途径之一。

目录

1、技术背景和意义

固体氧化物燃料电池（SOFC）通过电化学反应替代燃煤发电，是推动我国能源结构转型的重要技术途径之一。日本、美国等都将SOFC分布式发电（或热电联供）列为国家战略高技术，已经商业化应用十多年，但是产品与技术均禁售给中国。本技术立足自主研发，实现了大面积、高性能SOFC量产，打破国外技术垄断，助力实现“双碳目标”。

2、技术原理/技术要点

SOFC的电解质和阴阳两极材料都是不同组份的复杂氧化物陶瓷材料，单电池是典型的异质异构多层薄膜构成的电化学反应器，需要解决材料组分优化、薄膜成型、高温共烧结等难题，突破批量化一致性、性能与稳定性耦合等关键技术瓶颈。本技术围绕材料组分、工艺流程、生产优化等，取得三方面重大突破：

（1）发展了多层陶瓷薄膜高温烧结同步收缩调控方法，针对性调节了每一层薄膜烧结特性，达到各层同步收缩，获得了多孔阳极支撑体和阳极功能层，致密电解质（YSZ）层与隔离层（GDC），实现了大面积平整单电池的制备。

（2）开发了异质异构准连续界面构筑及元素互扩散抑制方法，通过在GDC隔离层中加入助烧剂，将隔离层成瓷与致密化温度从>1500℃降低至<1300℃，获得了高致密、细晶粒电解质层和隔离层薄膜及高强度GDC/YSZ界面，同时修复了YSZ电解质表面的部分瑕疵，提高了电池稳定性。

（3）建立了低翘曲、高韧性、超平整单电池无损烧成方法体系，将半电池烧结分解为多步过程并有序进行，首先控制低温排除坯体成型中的多种添加物，然后经过第一次高温烧结和抚平处理；再丝网印刷隔离层进行第二次高温烧结和抚平处理，获得高致密度电解质和高强度、高平整度电池。

基于以上工程技术的突破，自主设计并建成了自动化生产线，实现了大面积、高性能SOFC的低成本、一致性、批量化生产，单电池产品获得了高性能输出和稳定运行，达到国际先进水平，突破技术封锁。

3. 应用情况及效果

本技术依次解决了SOFC单电池生产过程中的粉体材料性能优化、多孔/致密薄膜成型、多次高温（共）烧结、批量化一致性等关键瓶颈问题，自主设计并建成了我国第一条年产百万片电池生产线，2019年在徐州华清京昆能源有限公司实现了批量化生产。目前已经形成了成熟且完备的产线、工序、工艺、检测、控制技术体系及整体解决方案。

应用本技术，完成了50多个批次阳极支撑、电解质支撑、金属支撑等多构型、多类别单电池的批量化生产。生产线运行稳定，工序工艺合理可行，产品合格率达95%。单电池外形结构一致性高，尺寸误差小(<0.5%)，抗弯强度高。单电池输出功率高达100W0.7V，发电效率高(>50%, LHV），连续稳定运行5000小时以上，性能达到国际先进水平。

近三年来，陆续实现了单电池、连接体等SOFC关键器件批量化生产，在江苏徐州形成了产业集聚雏形。自主知识产权实现了千瓦级SOFC发电系统设计集成，近年来陆续在晋城、上海、攀枝花、东莞、徐州等地开展了采用气化煤气、管道天然气、液化石油气等多种燃料、多场景示范应用，受到中国能源报、中国储能网等多家媒体报道，入选中国煤炭工业协会与《中国煤炭报》评选的“2018年煤炭科技十大新闻”，开启了中国SOFC产业“从0到1”的进程。

同时推动了燃料电池新型行业建设，2016年以来依次建成燃料电池专委会（二级学会）、标委会和产业联盟。