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固體氧化物燃料電池量產技術及應用固體氧化物燃料電池（SOFC）通過電化學反應替代燃煤發電，是推動我國能源結構轉型的重要技術途徑之一。

1、技術背景和意義

固體氧化物燃料電池（SOFC）通過電化學反應替代燃煤發電，是推動我國能源結構轉型的重要技術途徑之一。日本、美國等都將SOFC分布式發電（或熱電聯供）列為國家戰略高技術，已經商業化應用十多年，但是產品與技術均禁售給中國。本技術立足自主研發，實現了大面積、高性能SOFC量產，打破國外技術壟斷，助力實現「雙碳目標」。

2、技術原理/技術要點

SOFC的電解質和陰陽兩極材料都是不同組份的複雜氧化物陶瓷材料，單電池是典型的異質異構多層薄膜構成的電化學反應器，需要解決材料組分優化、薄膜成型、高溫共燒結等難題，突破批量化一致性、性能與穩定性耦合等關鍵技術瓶頸。本技術圍繞材料組分、工藝流程、生產優化等，取得三方面重大突破：

（1）發展了多層陶瓷薄膜高溫燒結同步收縮調控方法，針對性調節了每一層薄膜燒結特性，達到各層同步收縮，獲得了多孔陽極支撐體和陽極功能層，緻密電解質（YSZ）層與隔離層（GDC），實現了大面積平整單電池的製備。

（2）開發了異質異構准連續界面構築及元素互擴散抑制方法，通過在GDC隔離層中加入助燒劑，將隔離層成瓷與緻密化溫度從>1500℃降低至<1300℃，獲得了高緻密、細晶粒電解質層和隔離層薄膜及高強度GDC/YSZ界面，同時修復了YSZ電解質表面的部分瑕疵，提高了電池穩定性。

（3）建立了低翹曲、高韌性、超平整單電池無損燒成方法體系，將半電池燒結分解為多步過程並有序進行，首先控制低溫排除坯體成型中的多種添加物，然後經過第一次高溫燒結和撫平處理；再絲網印刷隔離層進行第二次高溫燒結和撫平處理，獲得高緻密度電解質和高強度、高平整度電池。

基於以上工程技術的突破，自主設計並建成了自動化生產線，實現了大面積、高性能SOFC的低成本、一致性、批量化生產，單電池產品獲得了高性能輸出和穩定運行，達到國際先進水平，突破技術封鎖。

3. 應用情況及效果

本技術依次解決了SOFC單電池生產過程中的粉體材料性能優化、多孔/緻密薄膜成型、多次高溫（共）燒結、批量化一致性等關鍵瓶頸問題，自主設計並建成了我國第一條年產百萬片電池生產線，2019年在徐州華清京昆能源有限公司實現了批量化生產。目前已經形成了成熟且完備的產線、工序、工藝、檢測、控制技術體系及整體解決方案。

應用本技術，完成了50多個批次陽極支撐、電解質支撐、金屬支撐等多構型、多類別單電池的批量化生產。生產線運行穩定，工序工藝合理可行，產品合格率達95%。單電池外形結構一致性高，尺寸誤差小(<0.5%)，抗彎強度高。單電池輸出功率高達100W0.7V，發電效率高(>50%, LHV），連續穩定運行5000小時以上，性能達到國際先進水平。

近三年來，陸續實現了單電池、連接體等SOFC關鍵器件批量化生產，在江蘇徐州形成了產業集聚雛形。自主知識產權實現了千瓦級SOFC發電系統設計集成，近年來陸續在晉城、上海、攀枝花、東莞、徐州等地開展了採用氣化煤氣、管道天然氣、液化石油氣等多種燃料、多場景示範應用，受到中國能源報、中國儲能網等多家媒體報道，入選中國煤炭工業協會與《中國煤炭報》評選的「2018年煤炭科技十大新聞」，開啟了中國SOFC產業「從0到1」的進程。

同時推動了燃料電池新型行業建設，2016年以來依次建成燃料電池專委會（二級學會）、標委會和產業聯盟。