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能直接轉換成電能的全固態(tài)電化學發(fā)電裝置，能量轉換效率高，可達到60%左右，產生的熱進行熱電聯(lián)供效率可達到80%以上，是目前最為前沿、也是技術難度最高的一代燃料電池，世界上發(fā)達國家普遍把它作為一種戰(zhàn)略儲備技術。

 

（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反應的催化劑。工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，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構擴散到陽極與電解質的界面。

 
在陰極一側持續(xù)通入氧氣或空氣，具有多孔結構的陰極表面吸附氧，由于陰極本身的催化作用，使得O₂得到電子變?yōu)镺^2-，在化學勢的作用下，O^2-進入起電解質作用的固體氧離子導體，由于濃度梯度引起擴散，最終到達固體電解質與陽極的界面，與燃料氣體發(fā)生反應，失去的電子通過外電路回到陰極。
SOFC技術的優(yōu)勢
SOFC與常用的分布式發(fā)電設備相比，具有明顯的優(yōu)勢。
（1）安全環(huán)保。SOFC采用全固態(tài)陶瓷結構，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的反應產物僅為CO₂和H₂O，水蒸氣的冷凝可用于捕集CO₂氣體，并實現(xiàn)幾乎零的CO₂排放。
（2）發(fā)電效率高。SOFC可以通過電化學反應將燃料的化學能直接轉換為電能，不受卡諾循環(huán)效率限制，電效率可達到55％，高效率優(yōu)勢明顯。
（3）燃料選擇廣泛。SOFC可使用經脫硫和粉塵顆粒后的化工副產氫，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)電產生余熱，可實現(xiàn)熱電聯(lián)供，熱電聯(lián)動發(fā)電效率高達80％。
SOFC的關鍵材料
所有的燃料電池單電池都是由電解質、陰極和陽極3部分組成，其中SOFC的電解質、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的電解質是致密的氧離子導體，主要是螢石型結構氧化物或鈣鈦礦結構氧化物；電極是多孔的氧離子和電子混合導體，其中陽極主要是金屬陶瓷復合材料或鈣鈦礦結構氧化物材料，陰極主要是鈣鈦礦結構氧化物材料。電解質材料的氧離子傳導性能和電極的荷電傳導及催化活性共同決定了SOFC的性能。