随着能源的日趋枯竭和环境恶化，高效、清洁的新型能源的开发与利用将成为21世纪能源发展的重要选择。固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种将燃料与氧化剂中的化学能直接转换成电能的全固态电化学发电装置，能量转换效率高，可达到60%左右，产生的热进行热电联供效率可达到80%以上，是目前最为前沿、也是技术难度最高的一代燃料电池，世界上发达国家普遍把它作为一种战略储备技术。

 

（固体氧化物燃料电池电堆）
SOFC的工作原理
固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

 

SOFC工作原理图
在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气（H₂）、甲烷（CH₄）、煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。

 
在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O₂得到电子变为O^2-，在化学势的作用下，O^2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。
SOFC技术的优势
SOFC与常用的分布式发电设备相比，具有明显的优势。
（1）安全环保。SOFC采用全固态陶瓷结构，可有效避免液态电解液带来的腐蚀和泄露问题，且不需要使用铂等贵金属催化剂，成本低；此外，SOFC的反应产物仅为CO₂和H₂O，水蒸气的冷凝可用于捕集CO₂气体，并实现几乎零的CO₂排放。
（2）发电效率高。SOFC可以通过电化学反应将燃料的化学能直接转换为电能，不受卡诺循环效率限制，电效率可达到55％，高效率优势明显。
（3）燃料选择广泛。SOFC可使用经脱硫和粉尘颗粒后的化工副产氢，或者天然气、甲烷、甲醇、碳、沼气等作为燃料。
（4）余热利用率高。SOFC发电产生余热，可实现热电联供，热电联动发电效率高达80％。
SOFC的关键材料
所有的燃料电池单电池都是由电解质、阴极和阳极3部分组成，其中SOFC的电解质、阴极和阳极都是陶瓷材料，因此SOFC又被称为陶瓷基燃料电池。
其中SOFC的电解质是致密的氧离子导体，主要是萤石型结构氧化物或钙钛矿结构氧化物；电极是多孔的氧离子和电子混合导体，其中阳极主要是金属陶瓷复合材料或钙钛矿结构氧化物材料，阴极主要是钙钛矿结构氧化物材料。电解质材料的氧离子传导性能和电极的荷电传导及催化活性共同决定了SOFC的性能。