隨著能源的日趨枯竭和環(huán)境惡化，高效、清潔的新型能源的開發(fā)與利用將成為21世紀(jì)能源發(fā)展的重要選擇。固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種將燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的全固態(tài)電化學(xué)發(fā)電裝置，能量轉(zhuǎn)換效率高，可達(dá)到60%左右，產(chǎn)生的熱進(jìn)行熱電聯(lián)供效率可達(dá)到80%以上，是目前最為前沿、也是技術(shù)難度最高的一代燃料電池，世界上發(fā)達(dá)國家普遍把它作為一種戰(zhàn)略儲備技術(shù)。

 

（固體氧化物燃料電池電堆）
SOFC的工作原理
固體氧化物燃料電池的工作原理與其他燃料電池相同，在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和固體氧化物電解質(zhì)組成，陽極為燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。工作時(shí)相當(dāng)于一直流電源，其陽極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。

 

SOFC工作原理圖
在固體氧化物燃料電池的陽極一側(cè)持續(xù)通入燃料氣，例如：氫氣（H₂）、甲烷（CH₄）、煤氣等，具有催化作用的陽極表面吸附燃料氣體，并通過陽極的多孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到陽極與電解質(zhì)的界面。

 
在陰極一側(cè)持續(xù)通入氧氣或空氣，具有多孔結(jié)構(gòu)的陰極表面吸附氧，由于陰極本身的催化作用，使得O₂得到電子變?yōu)镺^2-，在化學(xué)勢的作用下，O^2-進(jìn)入起電解質(zhì)作用的固體氧離子導(dǎo)體，由于濃度梯度引起擴(kuò)散，最終到達(dá)固體電解質(zhì)與陽極的界面，與燃料氣體發(fā)生反應(yīng)，失去的電子通過外電路回到陰極。
SOFC技術(shù)的優(yōu)勢
SOFC與常用的分布式發(fā)電設(shè)備相比，具有明顯的優(yōu)勢。
（1）安全環(huán)保。SOFC采用全固態(tài)陶瓷結(jié)構(gòu)，可有效避免液態(tài)電解液帶來的腐蝕和泄露問題，且不需要使用鉑等貴金屬催化劑，成本低；此外，SOFC的反應(yīng)產(chǎn)物僅為CO₂和H₂O，水蒸氣的冷凝可用于捕集CO₂氣體，并實(shí)現(xiàn)幾乎零的CO₂排放。
（2）發(fā)電效率高。SOFC可以通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不受卡諾循環(huán)效率限制，電效率可達(dá)到55％，高效率優(yōu)勢明顯。
（3）燃料選擇廣泛。SOFC可使用經(jīng)脫硫和粉塵顆粒后的化工副產(chǎn)氫，或者天然氣、甲烷、甲醇、碳、沼氣等作為燃料。
（4）余熱利用率高。SOFC發(fā)電產(chǎn)生余熱，可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，熱電聯(lián)動發(fā)電效率高達(dá)80％。
SOFC的關(guān)鍵材料
所有的燃料電池單電池都是由電解質(zhì)、陰極和陽極3部分組成，其中SOFC的電解質(zhì)、陰極和陽極都是陶瓷材料，因此SOFC又被稱為陶瓷基燃料電池。
其中SOFC的電解質(zhì)是致密的氧離子導(dǎo)體，主要是螢石型結(jié)構(gòu)氧化物或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物；電極是多孔的氧離子和電子混合導(dǎo)體，其中陽極主要是金屬陶瓷復(fù)合材料或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物材料，陰極主要是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物材料。電解質(zhì)材料的氧離子傳導(dǎo)性能和電極的荷電傳導(dǎo)及催化活性共同決定了SOFC的性能。