固体氧化物燃料电池新进展_上海硅_省略_研究所固体氧化物燃料电池进展介绍_刘岩
固体氧化物燃料电池的发展现状和前景
固体氧化物燃料电池的发展现状和前景1. 引言说到固体氧化物燃料电池（SOFC），有点像在讲一个刚出道的明星，虽然现在还不算大红大紫，但潜力可不小哦！想象一下，一个能安静地把化学能转化为电能的家伙，不用噪音、不用汽油，只要靠氢气或者天然气就能工作，真的是个环保小能手。
今天我们就来聊聊这个新星的发展现状以及未来前景，保证让你开开眼界，哈哈！2. 发展现状2.1 技术进步现在的SOFC技术可是越来越成熟，真是“金鸡报晓”的感觉！早期的燃料电池在效率和耐用性上都存在不少问题，但随着科技的进步，材料科学的飞速发展，这小家伙的性能也跟着水涨船高。
现在的固体氧化物燃料电池效率能达到60%甚至更高，简直可以和传统发电方式一较高下，毫不逊色。
研究人员用高温电解陶瓷材料替代了原来的金属材料，结果就像“柳暗花明又一村”，不仅降低了成本，还提高了电池的稳定性。
听起来是不是很让人期待？2.2 应用领域而且，SOFC的应用场景可真是不少，从小型设备到大型发电站，几乎无所不能，像个“万金油”。
比如在住宅区，SOFC可以直接为家庭供电、供暖，这样一来，不仅省电费，还能减少温室气体排放，真是一举两得！还有在一些偏远地区，尤其是没有电网的地方，SOFC也能大展拳脚，帮助人们解决用电难的问题，真是“雪中送炭”。
而且，它还可以与可再生能源结合，比如太阳能和风能，这样一来，SOFC就像“鱼和熊掌可以兼得”的美妙选择。
3. 前景展望3.1 市场潜力未来的SOFC市场可谓是“潜力无穷”，行业分析师预测，未来十年这个领域的市场规模将翻番，简直就像过年时的烟花，越放越亮。
随着各国对绿色能源的重视，很多地方都开始投入大量资金用于燃料电池技术的研发，相关部门支持、利好一波接一波，真是春风得意马蹄疾。
这个时候，如果你还是在犹豫是不是要投资相关行业，恐怕就要“吃亏在眼前”了。
3.2 挑战与机遇当然，事情也不是那么简单，SOFC虽然前景大好，但仍然面临一些挑战。
固体氧化物燃料电池
氧化物燃料电池的应用
陶瓷燃料电池单片
平板型中温固体氧化物染料电 池 大面积样机支撑复合膜实 现小批量生产，上硅所
易贝硅谷总部安装的两台昂贵 的Bloom Energy设备。
德国公司展出实用水 平燃料电池
福特福克斯燃料电池汽车示意图
燃料电池的众多优点吸引了广大的科
技人员，各国都投入了大量的财力、
使用贵金属作催化剂； • (4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的
腐蚀及封接问题； • (5)能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量
利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统； • (6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态
结构； • (7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电
材料；其二是将电池的运行温度降低至 300摄氏度到500摄氏度之间。研究人员 表示，基于SOFCs在更低的操作温度、更 丰富的燃料来源以及更便宜的材料方面 取得的进步，SOFCs可能很快成为一项主 流技术，未来将能给手提电脑或手机供 电。
首款大型薄膜固体氧化物燃料电池问世
• 2011年5月25日的报道：美 国哈佛大学（Harvard）工程 与应用科学学院（SEAS： School of Engineering and Applied Sciences）以及西能 系统有限责任公司（ SiEnergy Systems LLC）的材 料科学家已演示了第一款宏 观尺度的薄膜固体氧化物燃 料电池（SOFC：solid-oxide fuel cell）。
式目前较为成熟的一种形式。
平板式结构SOFC电池堆
•平板式结构SOFC近几年才引起了人们的关注，这种集合形 状简单的设计使其制作工艺大为简化。平板式SOFC由阳极、 电解质、阴极薄膜组成单体电池，两边带槽的来接替连接相 邻阴极和阳极，并在两侧提供气体通道，同时隔开两种气体
固体氧化物燃料电池
（3）金属陶瓷的稳定性
Ni和YSZ在还原气氛中均具有较高的化学稳
定性，并且在室温至SOFC操作温度范围内无相
变产生。 Ni-YSZ在１０００℃以下几乎不与电
解质ＹＳＺ及连接材料LaCrO3发生反应。
（４）Ｎｉ－ＹＳＺ金属陶瓷的导电性
Ｎｉ－ＹＳＺ金属陶瓷阳极的导电率和其中的Ｎ ｉ含量密切相关。当Ｎｉ的比例低于３０％时Ｎｉ－Ｙ ＳＺ金属陶瓷的导电性能与ＹＳＺ相似，说明此时通过 ＹＳＺ相的离子导电占主导地位；但当Ｎｉ的含量高于 ３０％时，由于Ｎｉ粒子互相连接构成电子导电通道， 使Ｎｉ－ＹＳＺ复合物的电导率增大三个数量级以上， 说明此时Ｎｉ金属的电子电导在整个复合物电导中占主 导地位。
４＊ＹＳＺ的机械性能 ＹＳＺ在室温下的弯曲强度为３００～４００ＭＰａ，断裂韧性为３ＭＰａ＊ ｍ１／２．在ＳＯＦＣ的研究与开发过程中，迫切需要提高电解质材料的强度和 韧性，采用最多的方法是在ＹＳＺ中掺入一种或几种其它氧化物。
（二）Ｓｒ﹑Ｍｇ掺杂的ＬａＧａＯ３（ＬＳＧＭ） １＊ＬＳＧＭ的合成 ＬＳＧＭ电解质材料的合成通常采用高温固相反应法。按化学计量
（６）多孔性 ＳＯＦＣ的阴极必须具有足够的孔隙率，以确保活性位 上氧气的供应。
阴极材料及性能
固体氧化物燃料电池
平板型SOFC
平板型SOFC的空气/YSZ固体电解质/
燃料电极烧结成一体，组成“三合一”
结构，其间用开设导气沟槽的双极板 连接，使其间相互串联构成电池组。
平板型SOFC的优点：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，由于电流收集均匀， 流经路径短，使平板型电池的输出功率密度较管式高。
平板型SOFC的缺点：
在ＳＯＦＣ中，ＹＳＺ的最重要的用途是制备成致密 的薄膜，用于传导氧离子和分隔燃料与氧化剂。 ＳＯＦＣ阴极－电解质－阳极“三合一”组件有两种 基本结构：电解质支撑型和电极支撑型。两种不同结构 “三合一”组件的电解质薄膜厚度不同。电解质支撑型的 ＹＳＺ薄膜厚度一般在０．２ｍｍ以上，电极支撑型的Ｙ ＳＺ薄膜厚度一般在５－２０μｍ之间。
阳极材料的基本要求：
（1）稳定性 在燃料气氛中，阳极必须在化学、形貌和尺
度上保持稳定。 （2）电导率 阳极材料在还原气氛中要具有足够高的电子
导电率，以降低阳极的欧姆极化，同时还具备高的氧离子
导电率，以实现电极立体化。 （3）相容性 阳极材料与相接触的其它电池材料必须在室
温至制备温度范围内化学上相容。
在ＺｒＯ２晶格中，每引 入Ｙ３＋，就有一个氧空
位产生。
Sr、Mg掺杂的LaGaO3 (LSGM)
ＬＳＧＭ电解质材料的合成通常采用高温固相反 应法。按化学计量比将Ｌａ２Ｏ３﹑Ｇａ２Ｏ３和掺 杂剂ＳｒＣＯ３ ﹑ＭｇＯ混合均匀，在１０００℃
焙烧３６０ｍｉｎ，将得到的粉料重新研磨，将粉
料在１５００结体；将烧结体在研钵内加入乙醇研磨１２
０ｍｉｎ，即可获得ＬＳＧＭ粉料。
ＬＳＧＭ的结构
ＬａＧａＯ３具有扭曲的钙钛 矿结构，倾斜的ＧａＯ６八面 Ｌａ位于正六面体的中心，组 成正交结构的晶胞。
质子导体固体氧化物燃料电池
质子导体固体氧化物燃料电池质子导体固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）是一种能够将化学能直接转化为电能的高温燃料电池。
相较于其他燃料电池技术，SOFC具有高效率、低污染、多燃料适用性等优点，被广泛认为是一种有潜力的清洁能源技术。
一、SOFC的基本原理SOFC的工作原理基于氧离子导体材料。
它由质子传导固体氧化物电解质层和阴阳极两侧的电极组成。
当燃料气体（如氢气、天然气等）通过阳极进入与电解质层接触的区域时，发生氧化反应，将氢气转化为水蒸气，并释放出电子。
同时，电解质层中的氧离子受到激活，并通过质子传导固体氧化物电解质层向阴极迁移。
在阴极一侧，氧离子与电子再次结合，与进入燃料电池的氧气反应生成水蒸气。
这个反应过程中释放出的电子可以通过外部电路流动，产生电流，完成电能转化。
二、SOFC的优点1.高效率：SOFC的能量转化效率可达50-70%，远高于燃烧发电等传统能源转化方式。
这主要归功于其高温操作，可在高达800-1000摄氏度的条件下工作，从而最大程度地提高热能利用效率。
2.低污染：SOFC的主要排放物为水蒸气，几乎不产生二氧化碳等温室气体以及大气污染物。
在实际应用中，SOFC还可以通过余热回收、碳捕集与封存等技术进一步减少污染排放。
3.多燃料适用性：与其他燃料电池技术相比，SOFC的燃料适用性更广泛，可以直接利用氢气、天然气、生物质气体等多种燃料。
4.长寿命：SOFC主要由陶瓷和金属材料组成，具有较高的耐久性。
相对于其他燃料电池类型，SOFC的寿命更长，可达数万小时。
三、SOFC的应用领域1.电力站：SOFC可以用作分散式发电系统，为工业和居民区提供电力。
其高效率和低污染使其成为清洁、可靠的能源供应方案。
2.燃料电池车辆：SOFC可以与汽车燃料电池系统相结合，提供高能量密度的能源，延长汽车续航里程，减少尾气排放。
3.制氢：SOFC可以通过水蒸气和电能反应制氢。
固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展课件
1.A位缺失大大提高电池性能。
0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-是LS固C体F氧系化列物阴燃料电池阴极材料的研 极中输出性能最高的阴极材料。其最大究功进展课件
率是LSM/YSZ标准阴极的两倍。
Journal of power sources,156 (2006)20-22
Seminar II
Solid
electrolyte
O2-
Porous anode
collector
Combustible Fuel
O2
e-
O2-
e-
CO2 +H2O
固体氧化物燃料电池阴极材料的研 究进展课件
Seminar II
中温固体氧化物燃料电池对阴极材料的基本要求
❖ 有较高的氧还原活性； ❖ 有较高的电导率； ❖ 与电解质和连接体材料具有良好的化学相容
Solid State Ionics 93 (1997) 207-217
Seminar II
LSM基阴极的研究进展（3）
LSM-5Ce10ScZr大大提高了LSM基阴极的电化学性能，在650°C,优化阴极 后的电池性能接近0.6/cm2.
固体氧化物燃料电池阴极材料的研
究进展课件Solid State Ionics ,176 (2005)2555-2561
Seminar II
参考文献
14. Z.H.Bi et al Electrochem. Solid state lett. 5(7) (2002) A173 15.S.P.Simner et al, Solid State Ionics ,161 (2003)11-18 16. S.P.Simner et al,Journal of power sources,113 (2003)1-10 17.A.Mai et al, Solid state Ionics,176 (2005)1341-1350 18.F.Tietz et al, Journal of power sources,156 (2006)20-22 19. 段枣树，硕士论文，新型阴极材料BSCF在IT-SOFC中的应用。 第三章，25-26 20. Z.P.shao,S.M.Haile nature 417 (2004)170-173 21.Z.S.Duan, et al, Journal of power sources, (2006) in press
固体氧化物燃料电池LCO基质子传导电解质及相关材料研
固体氧化物燃料电池LCO基质子传导电解质及相关材料研一、背景介绍固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效清洁的化学能转换设备，能够将化学能转换为电能。
它是一种高温电化学装置，其工作温度通常高达800℃-1000℃。
其中，基质型固体氧化物燃料电池（MS-SOFC）是目前应用广泛的一种，其电解质通常为基于氧化物的材料，如二氧化钇稀土复合物、镁铝尖晶石等。
然而，由于传统氧离子传导电解质的结构缺陷导致其低的稳定性和较高的温度，因此近年来，研究者们开始将注意力转向基质型固体氧化物燃料电池中的质子传导电解质（PEM-SOFC）。
与氧离子传导电解质相比，质子传导电解质具有更高的稳定性和较低的温度，使得固体氧化物燃料电池更加高效。
LCO（La0.5Ca0.5Cr0.5Ni0.5O3-δ）是一种钙钛矿型的共沉淀合成氧化物，具有优异的质子传导性能和稳定性，被广泛应用于基质型固体氧化物燃料电池中的质子传导电解质。
此外，还有一些相关的材料，如GDC（Gd0.1Ce0.9O1.95）和YSZ（Zr0.92Y0.08O1.96）等，也被广泛研究和应用。
二、LCO基质质子传导电解质的研究进展1. 合成和制备LCO基质质子传导电解质的合成方法通常包括共沉淀法、混合氧化物法、固相反应法等。
其中，共沉淀法是一种常用的合成方法，它具有制备简单、成本低廉等优点。
可以将LCO、稀土元素（如Ce、Gd等）和其他金属（如Fe、Co等）的盐按照一定的配比溶解在反应液中，然后慢慢加入氨水或氢氧化钠等碱性溶液，在室温下沉淀出LCO基质复合氧化物，随后进行干燥和煅烧即可。
另外，还可以通过溶胶-凝胶法和电沉积等方法来制备LCO基质材料。
2. 微观和宏观结构LCO基质质子传导电解质的微观和宏观结构与其传导性能密切相关。
通常情况下，其结构可以由XRD、SEM、TEM等技术来表征。
研究表明，LCO基质质子传导电解质的晶体结构主要是钙钛矿结构，并且可以通过调节合成条件来控制晶粒大小和分布。
新能源材料固体氧化物燃料电池(SOFC)
稳定结构（Y-TZP），室温和高温下都表现出很好的 力学性能，在600℃以下时，电导率比YSZ高。 ☺ 加入Al2O3可提高YSZ基体力学性能，且电导率得以提 高或至少不降低。
精品课件
精品课件
SOFC的优点： ♪ 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流失等问题； ♪ 对燃料的适应性强； ♪ 能量转换效率高； ♪ 不需要使用贵金属催化剂； ♪ 低排放，低噪声； ♪ 规模和安装地点灵活。
精品课件
三、SOFC的国内外研究与开发现状 管型SOFC是目前最接近商业化的SOFC发电技术。西 门子-西屋动力公司（SWPC）； 日本的Kansai电力公司的管型SOFC已经进行了
YSZ 掺杂氧化铈
LSGM SSZ
在氧化和还原气氛下稳定性良好； 氧离子电导率低；与部 机械性能良好；寿命可达4万小时 分阴极材料不相容
以上；稳定可靠的原材料供给
与阴极材料相容；在低氧分压下 为混合电子、氧离子导体，适合
做阳极材料
低氧分压下具有电子导 电性，开路电压低；机
械性能比YSZ低与阴Fra bibliotek相容低氧分压下Ga挥发；与 NiO不相容；机械性能
精品课件
掺杂CeO2电解质的性质： Ce4+向Ce3+的转变产生于低氧分压区，有明显的 电子电导出现； 杂质的引入可以限制CeO2在还原气氛中还原； 在CeO2固溶体外包裹一层稳定的离子导电薄膜 如YSZ可限制其还原； CeO2的电导率随着掺杂元素的离子大小、价态 和掺杂量的变化而变化。
精品课件
随着温度的降低，电子电导率逐渐减弱。 基于DCO的SOFC应当在低于600℃温度下使用。
固体氧化物燃料电池阳极材料研究进展
以满足 阳极对 电导率 、 电催化性 、 学稳定性 、 化 导热 性、 微观结构和热膨胀系数等的要求 ， 还可 以使碳沉 积和硫 中毒的影响降至较低程度 。Ｎ 由于具有催化 ｉ 氢气氧化和碳氢化合物重整的电化学性能 ， 而被视为 金属陶瓷复合材料的首选金属［ ２ １ 。它与电解质材料形 成的复合材料可与电解质在热 力学性能上进行 良好
杂， 因此许多研究者都在探究电池中这一组元的性质
及其加工过程如何影响电池的性能。
１ ＯＦ Ｓ Ｃ对 阳极材料 性能的要 求
在ＳＦ Ｏ Ｃ中 ，阳极是燃料气体 （ Ｈ 或碳氢化合
物） 的氧化反应发生的场所 ， 因此用于制 备阳极的材
料需满足＿定要求。Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的阳极对于材料的要求妞下：
对阳极材料的性能提出了进一步要求 。碳氢化合物 （ Ｃ 如 Ｈ ）可 以直接作燃料 ，或 者与水蒸气混合在
响。实际上 ， ｉ Ｎ 基阳极也有一些缺陷 ， 它容易被硫毒
化， 并且可 以催化生成碳纤维的反应【 而这会导致 同 ，
碳沉积 ， 从而使镍粒子分散 。另外它会与一些含 Ｌ ａ
的电解质发生反应【 而且 Ｎ 颗粒在长期高温运行 ７ 】 ， ｉ
后发生的团聚现象也是此类材料的缺陷之一。 目前已经研究出一些方法来弥补这些缺陷。 其中 之一是降低 电池运行温度 。 Ｙ Ｚ电解质和 Ｎ／ Ｓ 在 Ｓ ｉ Ｚ Ｙ 阳极之间插入掺杂 ＹＯ 的 Ｃ Ｏ （Ｙ ） 。 ｅ 。 Ｏ 中间层所制得 Ｃ 的 电池可以直接氧化 Ｃ－，在 ６ ０ 其功率密度为 Ｉ ｈ ５ｏ Ｃ
（） ２必须有足够的电子电导率 ， 以降低有效 电阻 ；
（） ３ 由于 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ要经受热循环 ， 因此 阳极材料须 在高温还原气氛 中保持化学稳定 ， 物相稳定和微观结
固体氧化物燃料电池阳极燃料
固体氧化物燃料电池阳极燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种高效、环保的燃料电池，其阳极燃料通常是氢气、甲烷等可燃气体，也可以使用固体燃料。
本文将从SOFC的基本原理、阳极反应机理、阳极材料及其改性等方面进行详细介绍。
一、SOFC的基本原理SOFC是一种高温燃料电池，其工作温度通常在800℃以上。
它由两个电极和一个电解质组成，其中一个电极为阳极，另一个为阴极。
阳极和阴极之间通过电解质隔开，形成了一个封闭的空间。
当给定外部电路后，阴极吸收氧分子，并与外界中的电子结合成为负离子氧离子（O2-），然后穿过电解质到达阳极。
在阳极上，氧离子与可燃物质反应生成水和二氧化碳等产物，并释放出自由电子。
这些自由电子通过外部回路流回阴极，在那里再次与吸收的氧分子结合成为氧离子。
SOFC具有高效率、低排放和长寿命等优点，因此在能源领域具有广泛的应用前景。
二、阳极反应机理SOFC的阳极反应是燃料气体和氧离子在阳极上发生的化学反应。
一般来说，反应机理可以分为三个步骤：1. 燃料气体吸附：燃料气体（如氢气、甲烷等）首先通过物理吸附进入阳极表面，并在表面上形成吸附态。
2. 活化：吸附态的燃料分子与表面上的氧离子相遇并发生化学反应，生成水和二氧化碳等产物，并释放出自由电子。
3. 传输：自由电子通过阳极向外传输，进入外部回路。
同时，离开表面的氧离子会穿过电解质到达阴极，与自由电子结合生成吸收态的氧分子。
三、阳极材料及其改性SOFC中使用的阳极材料需要同时具备催化活性和导电性能。
常用的阳极材料包括金属、金属合金、金属/非金属复合物等。
其中，最常用的是Ni-YSZ（钇稳定型锆酸盐）复合物，因为它具有良好的催化活性和导电性能。
为了提高阳极材料的催化活性和稳定性，人们对其进行了多种改性。
常见的改性方法包括：1. 添加助催化剂：如钴、铜等金属可以与Ni形成合金或复合物，从而提高阳极的催化活性。
2. 表面修饰：通过表面修饰（如表面覆盖、表面氧化等）来改变阳极材料的表面结构和化学状态，从而提高其催化活性和稳定性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
110
FORTUNE WORLD 2011
文/刘 岩 张齐琪
固
体氧化物燃料电池(Solid
Oxide Fuel Cell, SOFC)是通
过电化学反应将燃料中的化学能直接
转化成电能的发电技术。该技术具
有效率高、CO
2
排放少、无噪声、无
NO
x、SO2
等酸性废气排放等优点，
被称之为21世纪的一种绿色发电技
术。上海硅酸盐研究所王绍荣研究员
多年来一直坚持固体氧化物燃料电池
的研究，取得了重重突破。
SOFC技术成果显著
由于SOFC的运行温度使得燃料的
内部重整成为可能，其不仅可以使用
纯氢燃料，还可直接使用氢气、烃类
(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵
金属作催化剂；避免了中、低温燃料
电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐
蚀及封接问题；能提供高质余热，实
现热电联产，燃料利用率高，能量利
用率高达80％左右，是一种清洁高效
的能源系统；其采用陶瓷材料作电解
质、阴极和阳极，具有全固态结构，
加快了电池的反应进行，还可以实现
多种碳氢燃料气体的内部还原，简化
了设备。利用煤气发电的SOFC未来实
现大型化系统后，可望显著地提高火
力发电效率，节能减排；利用天然气
重整发电的分布式或家庭用热电联供
系统可望在智能电网中发挥重要的作
用，确保电力供应的安全与稳定；利
用生物质气发电的SOFC可望绕过生物
质利用中的收集瓶颈，为广大农村提
供优质的能源。
据王绍荣研究员介绍，长期以
来，困扰SOFC技术研发的主要问题是
高温密封、冷热循环、部件材料的成
本、电池堆的寿命、以及系统集成技
术等问题。问题的解决既需要科研人
员的努力、也需要国家和社会给以广
泛支持和投入。截至目前为止，我国
对SOFC技术的投入主要来自于政府
部门，特别是国家科技部和中国科学
院自“九五”以来持续支持了SOFC的
关键材料、关键技术研究，有力地推
动了该技术的发展并取得了一批令人
鼓舞的成果。但是、也应该看到我国
对SOFC技术的投入比起西方发达国家
的投入还远远不够；即便是国内横向
比较，对SOFC技术的投入比起对其它
相关能源技术的投入也差距甚大。这
样的不平衡直接导致了SOFC技术的研
固体氧化物燃料电池新进展
——上海硅酸盐研究所固体氧化物燃料电池进展介绍
特 写
Feature
111
FORTUNE WORLD 2011
发进展相对缓慢，与其重要性很不相称。SOFC研究新进展中国科学院上海硅酸盐研究所长期以来研究具有自主知识产权的多层流延共烧结法制备SOFC单电池的技术，其主要特点是烧结次数少、成本低、成品率高。王绍荣介绍说，自2004年在国内率先实现了面积大于10×10 cm2的阳极支撑型电解质复合膜以来，经过十几代更新与改良，目前，已经实现了面积大于20×20 cm2的阳极支撑型电池的小批量制备。该核心产品具有强度高、完全平整、功率密度稳定可靠、衰减率低的优点。在密封材料方面，上海硅酸盐研究所探索了一系列不同膨胀系数的玻璃和玻璃陶瓷材料，解决了电池组件热膨胀系数匹配问题，和密封的成功率问题，成功实现了电池堆7次以上的冷热循环（室温～750℃）。更加可喜的是，2010年下半年的努力使得他们的电池堆已经克服了冷热循环后的功率衰减问题；长期稳定运行的电池堆在春节“休息”以后重新出发，而性能不变。在双极连接板方面，上海硅酸盐研究所不仅对气道和密封结构进行了成功的设计，而且攻克了等离子喷涂法制备合金抗高温氧化涂层的技术关键。这对保障电堆的寿命起到了十分关键的作用。同时，针对电池堆内部流场优化的难题，该团队开发了一种方法，布置测温点阵，可以直接测得电池两极的温度分布，改变了长期以来国际国内对此问题只能采用计算机模拟计算的格局。上海硅酸盐研究所是国内首家成功运行数百瓦级高、中温平板型固体氧化物燃料电池堆的单位，在电池堆设计、控制、运行等方面积累了丰富的经验。利用自主制备的大面积电池搭建的电池堆在750℃下最大功率达到了1.5 kW。考察过的最长运行时间超过1500小时。衰减率小于3%/1000 h。 图1 阳极支撑型平板SOFC的小批量制备 图4 对外销售的小电池堆图3 小电池堆的热循环和长期性能图2 运行结束的1.5kW电池堆图3显示了一个小电池堆在经历7
次热循环时的开路电压情况，以及循
环后长期运行时的功率变化，在热循
环过程中开路电压完全正常，表示密
封完好无损；循环后在标准工作电流
300mA/cm2下放电数百小时，电压没
有衰减，说明电堆的稳定性得到了保
证。在这些工作基础之上，上海硅酸
盐研究所于2010年10月对外销售了第
一个平板电堆试制产品。
总结起来，中国科学院上海硅酸
盐研究所在平板式SOFC研究上已经
取得了长足的进展，显著缩短了和国
际间的差距。在十二五规划中，SOFC
作为上海硅酸盐研究所重点推进的工
程化研发方向之一，将致力于5kW级
的家庭用热电联供系统的开发，重点
解决SOFC系统集成技术问题，推动
SOFC的实际应用。
人物简介:
王绍荣，男，1964年出生。上海
硅酸盐研究所研究员，在固态离子室
从事平板型SOFC的研究，主持实施
国家863计划课题。在学术杂志上发表
论文约80篇，参加国际学术会议论文
约50篇，申请专利15项。1983年7月毕
业于成都科技大学化学系物理化学专
业,1986年在同系同专业获得硕士学位
后留校工作。1988年升任讲师。1994
年赴日留学，在横滨国立大学环境科
学研究中心从事固体氧化物燃料电池
（SOFC）的研究并获得工学博士学
位。1997年开始在筑波电子技术综合
研究所作博士后，从事中温型SOFC的
研究。2000年开始在位于东京的日本
大学文理学部作助手，进行SOFC新型
材料的研究。