CHEC2026 | 固体氧化物电池（SOC）发展现状与未来趋势

本文发表于《International Journal of Green Energy》2025 年第 22 卷第 2 期（DOI: 10.1080/15435075.2024.2414228），由天津大学等机构研究者撰写，系统梳理了中国固体氧化物电池（SOC）从材料研发到系统产业化的全链条进展，深入分析技术优势、现存挑战，并展望未来应用与发展方向，为理解中国 SOC 产业现状提供了全面参考。

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引言：SOC 技术定位与核心价值

1.1 SOC 技术定义与工作原理

SOC 是一种高温（600-1000℃）电化学能量转换装置，具备双工作模式：燃料电池模式（SOFC）可将燃料化学能直接转化为电能并释放热量，电解池模式（SOEC）可利用外部电能与热量分解水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂），生成氢气（H₂）、一氧化碳（CO）等燃料，实现 “电能 - 化学能 - 电能” 的可逆转化。

其核心优势源于全固态结构：无电解质泄漏与腐蚀问题，可靠性高；SOFC 模式下系统净发电效率达 50%-65%，热电联供（CHP）效率可超 90%，SOEC 模式电解效率最高达 100%，且无需铂（Pt）等贵金属催化剂，燃料适应性广（可直接使用甲烷、氨、一氧化碳等），能显著降低氢气存储运输成本。

1.2 SOC 与 PEMFC/PEMEC 的技术对比

为明确 SOC 技术定位，论文通过多维度对比其与商业化程度更高的质子交换膜电池（PEMFC/PEMEC），具体差异如下表所示：

对比维度SOCPEMFC & PEMEC参考来源

商业化水平市场拓展初期，技术路线多样已大规模商业化，材料与结构标准化/

成本燃料电池堆约 3000 美元 /kW，系统约 6000 美元 /kW燃料电池堆约 300 美元 /kW，系统约 600 美元 /kWFacci et al. (2017)、Malik et al. (2021)

耐久性数千至数万小时数万小时Mukerjee et al. (2017)

效率SOFC 模式 50%-65%，SOEC 模式最高 100%SOFC 模式 40%-60%，SOEC 模式 65%-82%Guan et al. (2023)、Sapountzi et al. (2017)

燃料（SOFC 模式）H₂、NH₃、CH₄、CO 等多种燃料仅高纯度 H₂Authayanun et al. (2016)

产物（SOEC 模式）H₂、CO 等多种产物仅 H₂Pandiyan et al. (2019)

此外，SOC 在 SOEC 模式下可通过水 - 二氧化碳共电解生成不同碳氢比的合成气，产物多样性优势显著；而 PEMFC/PEMEC 则更适应波动式可再生能源输入，在快速启停场景中更具灵活性。

1.3 中国 SOC 产业发展背景

在“双碳” 目标驱动下，中国将 SOC 列为新能源技术重点发展方向。目前国内头部企业已突破从粉体制备、关键部件开发到系统集成的核心技术，初步形成 SOC 产业链，并进入系统示范验证阶段—— 论文基于最新文献与企业公开报告，从材料、单电池 / 电堆、系统三个层级展开详细分析。

02

中国 SOC 产业发展现状

2.1 材料层面：核心部件材料研发与应用

材料是 SOC 性能与成本的关键，论文重点分析了电解质、电极（阳极 / 阴极）、互连体、密封剂四类核心材料的技术路线与产业应用现状：

（1）电解质：氧化锆基为主流，中低温材料待突破

电解质需满足高离子导电性、低电子导电性、良好化学兼容性与热膨胀匹配性（CTE）等要求，目前主要分为萤石结构与钙钛矿结构两类：

萤石结构材料：

氧化钇稳定氧化锆（YSZ）：1970 年代起应用，高温（>800℃）稳定性与导电性优异，是国内企业（如 SOFCMAN、华科燃料电池、华霆动力）的主流选择，但 800℃以下导电性显著下降。

掺杂改性氧化锆：氧化钪稳定氧化锆（ScSZ）、钪铈共稳定氧化锆（ScCeSZ）在 700℃以下导电性优于 YSZ，全球最大 SOC 企业 Bloom Energy 采用 10Sc1CeSZ，但成本更高。

铈基氧化物：钆掺杂氧化铈（GDC/CGO）、钐掺杂氧化铈（SDC）中低温（~600℃）导电性高，但在还原气氛下 Ce⁴+ 易被还原为 Ce³+，导致材料内应力增加、电子导电性上升，可能引发电池短路 —— 英国 Ceres Power 通过 “GDC - 电子绝缘层 - GDC” 三层结构解决此问题，国内暂未大规模应用。

钙钛矿结构材料：锶镁掺杂镧镓氧化物（LSGM）离子导电性高，但镓（Ga）成本高、制备工艺复杂，目前仅处于实验室研发阶段。

其他材料：三氧化二铋（Bi₂O₃）基材料离子导电性最高，但还原气氛下稳定性差，未实现产业化。

（2）电极：阳极以 Ni-YSZ 为主，阴极需优化兼容性

阳极：需具备高孔隙率、高催化活性、 redox 环境稳定性，目前主流为镍基金属陶瓷（Ni-YSZ）：

Ni-8YSZ：离子导电性高，可增大电化学反应比表面积，作为阳极催化层；

Ni-3YSZ：机械强度优于 Ni-8YSZ，作为阳极支撑层；

现存问题：使用烃类燃料时易积碳、使用氨时易生成氮化物、SOEC 模式下 Ni 易迁移；解决方案包括添加铜（Cu）缓解积碳、混入 GDC 或用 GDC 替代 YSZ 缓解硫中毒与积碳。

新型阳极：钙钛矿结构材料（如镧掺杂钛酸锶 LST、锶铁钼氧化物 SFM、镧锶钴锰氧化物 LSCM）催化性能优异，但长期稳定性与大尺寸应用仍需验证，处于实验室阶段。

阴极：以钙钛矿结构、双钙钛矿结构、Ruddlesden-Popper（RP）结构为主，需满足高催化活性、高导电性与热膨胀匹配性：

镧锶锰氧化物（LSM）：热稳定性优异，但 800℃以下催化活性低、离子导电性可忽略，需与电解质材料（YSZ/GDC）混合以扩大反应区域，形成 LSM-YSZ、LSM-GDC 复合阴极。

镧锶钴氧化物（LSC）、镧锶铁钴氧化物（LSCF）：离子 - 电子混合导体，导电性与催化活性优于 LSM，但与 YSZ 反应易生成高电阻层（如 La₂Zr₂O₇），需在两者间添加 GDC 阻挡层 ——LSCF 因与电解质 CTE 匹配性更好，应用更广泛（如华霆动力、SOFCMAN）。

新型阴极：RP 结构、双钙钛矿结构材料处于研发阶段，未产业化。

（3）互连体：金属合金替代陶瓷，铁铬不锈钢成首选

互连体负责单电池阳极与相邻电池阴极的电连接，需具备高导电性、 redox 环境稳定性、低 cost 与易加工性：

陶瓷互连体：镧铬氧化物（LaCrO₃）基材料高温（1000℃）导电性约 1 S/cm，与其他部件兼容性好，但氧缺乏时导电性下降、铬挥发导致烧结稳定性差，且脆性大、加工难，已逐步被金属替代。

金属互连体：随 SOC 运行温度降至 600-800℃，金属合金（高机械强度、低成本、易加工）成为主流，其中铬含量 16%-25% 的铁铬不锈钢最常用，如蒂森克虏伯 VDM 的 Crofer 22 APU/H、阿勒格尼路德卢姆的涂层 AISI441、日本的 SUS430，国内企业多采用类似牌号。

（4）密封剂：玻璃 - 陶瓷为主，需平衡密封性与稳定性

密封剂用于防止平面 SOC 阴阳极气体泄漏，分为刚性密封与压缩密封两类：

刚性密封剂：类似焊接，高温下软化 / 熔融后与部件紧密结合：

玻璃密封剂：热应力耐受性好，但长期稳定性差，仅用于实验室测试；

玻璃 - 陶瓷密封剂：晶体骨架赋予高稳定性与刚性，是商业化电堆的主流选择（如潮州三环、潍柴动力）；

金属密封剂：成本高、 redox 环境不稳定，应用受限。

压缩密封剂：需额外压力将部件与密封剂压紧：

云母：长期稳定性好，但泄漏率比玻璃基材料高数个数量级，需与玻璃 / 金属复合使用；

贵金属：成本高，仅用于特殊场景。

（5）材料产业格局

国内多数企业仍依赖传统材料（YSZ、Ni-YSZ、LSCF-GDC），少数企业达到国际领先水平 —— 潮州三环是全球最大电解质供应商，为 Bloom Energy 供应 80% 的电解质；学术界虽报道多种高性能新材料，但成本与耐久性未经过产业验证，需在 “性能 - 成本 - 耐久性” 间平衡以推进产业化。

2.2 单电池 / 电堆层面：结构与支撑技术的多样化选择

单电池结构与电堆集成直接影响 SOC 功率密度与规模化应用，论文从结构类型、支撑配置、电堆性能三个维度展开分析：

（1）单电池结构：平面型为主，管式与扁平管式补充

单电池按几何形态分为三类，技术特性差异显著：

结构类型核心优势核心劣势国内应用企业 / 案例

平面型制造工艺简单、功率密度高高温密封性难、稳定性差潮州三环、潍柴动力、华霆动力、中复能源

管式热稳定性好、易集成密封内阻高、功率密度低佛山索力德（Foshan ISOLID）

扁平管式结合平面型（高功率）与管式（高稳定性）优势，双面阴极设计抵消热应力制造工艺复杂、成本高浙江 H₂-Bank（国内唯一）

此外，学术界提出单块层叠（MOLB）、微管式、锥形管式、无电解质燃料电池（EFFC）等新型结构，但均处于研发初期，未进入产业应用。

（2）支撑配置：从电解质支撑向金属支撑演进

支撑配置影响电池内阻与运行温度，目前经历三代技术迭代：

电解质支撑（ES）：电解质层厚 150-300μm，机械强度高、稳定性好，但内阻大，需 > 900℃高温降低欧姆损失 ——Bloom Energy 仍采用此配置，国内应用较少。

阳极支撑（AS）：阳极支撑层厚 250-500μm，电解质层薄 5-15μm，内阻显著降低，可在中低温运行，是国内多数企业（如潮州三环、SOFCMAN）的主流选择，但陶瓷支撑层脆性大。

金属支撑（MS）：以廉价铁素体钢为支撑体，热导率高、抗热震性好，可实现快速启停，适配交通场景 —— 潍柴动力与英国 Ceres Power 合作，采用钢基支撑技术，通过金属焊接与垫圈压缩密封，成本低、密封性好，已应用于 120kW 系统。

（3）电堆性能：功率与耐久性待提升

电堆由多片单电池串联组成，是 SOC 系统的核心模块，目前国内技术瓶颈集中在规模化密封与热管理：

功率规模：国内单电堆功率普遍 1-5kW，国际领先企业（如 Bloom Energy）已实现更高功率；

耐久性：国内多数电堆耐久性为数千小时，潮州三环电堆耐久性可达 5 年，接近国际领先水平（10 年），但仍需提升一致性；

技术挑战：电堆规模扩大后，密封难度增加、内部温度梯度上升，需优化密封结构与热管理系统。

2.3 系统层面：SOFC/SOEC 系统示范与瓶颈

SOC 系统由 “电堆模块 + 辅助设备（BOPs）” 组成，论文分别分析了 SOFC 系统、SOEC / 可逆 SOC（RSOC）系统的应用现状与挑战：

（1）SOFC 系统：示范项目落地，BOPs 成关键瓶颈

系统组成：BOPs 包括重整器、换热器、燃烧器、蒸汽发生器、逆变器等，占系统成本与故障率的主要部分 —— 欧洲 Ene-Field 项目数据显示，SOC 系统故障中仅 1-2% 来自电堆，12% 来自 BOPs（重整器与逆变器）。

国内 BOPs 痛点：产业规模小，缺乏专业化 BOPs 供应商，部分设备（如重整器）需 SOC 企业自主研发，换热器、燃烧器等为定制化产品，导致成本高、耐久性差，需推动专业化供应商进入产业链。

系统性能与示范项目：国内单 SOFC 系统功率 1-35kW，低于国际领先水平（如 Bloom Energy 的 10MW 级系统），但已有多个标杆示范项目落地：

潮州三环 210kW SOFC 热电联供项目（2020 启动，2023 达标）：由 6 台 35kW 系统组成，交流净发电效率 64.1%，CHP 效率 91.2%，单系统运行超 6500 小时，为国内公开最高水平；

潍柴动力 120kW 金属支撑 SOFC 系统（2023 发布）：全球首款高功率金属支撑系统，净发电效率 > 60%，CHP 效率 92.55%（公开最高），冷启动速度是其他产品的 3 倍以上；

SOFCMAN 25kW SOFC 系统（2021 示范）：由 6 台 5kW 电堆（共 1200 片单电池）组成，净发电效率 60.8%，运行约 1400 小时；

中复能源 10kW SOFC 充电站：以天然气为燃料，配套 110kWh 储能电池，可同时为 3 台电动车直流充电；

国家能源集团 100kW 整体煤气化燃料电池（IGFC）系统：由 5 个独立 SOFC 模块组成，碳捕获率 98.3%。

（2）SOEC/RSOC 系统：kW 级为主，耐久性数据缺失

SOEC 与 RSOC（可逆 SOC）是 “绿氢制备” 与 “可再生能源存储” 的关键技术，国内企业与科研机构已开展多个示范项目：

浙江 H₂-Bank：2022 年推出 5kW CO SOEC 与 RSOC，核心部件耐久性预计达 20000 小时；斯威夫特新能源（Swift New Energy）：

2023 年推出 10kW SOEC 系统，可共电解水与 CO₂制氢 / CO，能耗 3.6kWh/Nm³，综合效率 > 82%；

中科院上海应物所（SINAP）：2023 年推出 200kW SOEC 系统，能耗 3.16kWh/Nm³，产氢率 64Nm³/h，达国内领先；同年与中海油合作推出 10kW 水 - CO₂共电解 SOEC 系统，CO₂单程转化率 77.9%，合成气产率 3.08Nm³/h，H₂/CO 比可在 1.3-4.8 间调节；

北京质子动力（BPEC）：与中广核、国家电网合作开展 2kW、5kW SOEC 项目，计划 2023 年底推进 25-50kW 项目。

目前国内 SOEC 系统以 kW 级为主，缺乏 MW 级系统案例，且多数项目未公开耐久性数据，与国际领先水平存在差距。

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SOC 应用场景与未来发展趋势

3.1 应用场景：

多领域覆盖，适配能源转型需求基于 SOC“高效转换、燃料灵活、可逆运行” 的特性，论文展望了五大核心应用场景：

（1）多场景热电联供（CHP）

SOFC 系统排放的 400-600K 高品位废热，可通过换热器供应热水（ residential 区域）或工业用热（如化工、纺织行业），CHP 效率超 90%，适配 “分布式供能” 需求。

（2）分布式发电

电动汽车充电站：缓解电网负荷压力，提供持续稳定供电；

工业园区 / 数据中心 / 军事基地：替代传统柴油发电机，具备清洁、高效、低噪音优势，满足高稳定性供电需求。

（3）大型固定式电站

SOFC - 燃气轮机（GT）联合循环：利用 SOFC 高温高压排气驱动燃气轮机发电，提升系统总效率；整体煤气化燃料电池（IGFC）：

适配中国富煤资源，替代传统火电厂，实现煤炭清洁高效利用（碳捕获率可达 98% 以上）。

（4）交通运输

SOFC 可作为无人机、船舶、重型卡车的动力源或增程器，提升续航里程（如潍柴动力 30kW SOFC 电动客车增程器，测试里程超 60000km），降低碳排放。

（5）可再生能源存储

针对风能、太阳能的间歇性问题，SOEC 可在用电低谷期将电能转化为 H₂/CO 等燃料（长期存储），SOFC 在用电高峰期将燃料化学能转化为电能并入电网，实现 “削峰填谷”，助力电网稳定。

3.2 未来发展趋势：聚焦三大技术方向

（1）开发中低温 SOC（400-600℃）当前 SOC 运行温度 600-1000℃，高温导致材料化学稳定性下降、热应力增加、密封性变差，影响耐久性 —— 中低温化是核心解决方案，关键路径包括：研发高导电 / 高催化活性中低温材料；

推动质子传导固体陶瓷燃料电池（PCFC）、无电解质燃料电池（EFFC）等新型技术路线，降低运行温度。

（2）拓展燃料多样性与共电解技术

SOFC 端：提升多燃料适应性（如氨、甲烷、生物气），解决非氢燃料导致的积碳、硫中毒问题，降低氢气存储运输成本；

SOEC 端：结合碳捕获技术，发展水 - CO₂共电解，生产合成气、甲醇等化学原料，助力化工行业脱碳。

（3）提升电堆与系统功率规模

电堆层面：突破规模化密封与热管理技术，扩大单堆功率（目标从当前 1-5kW 提升至更高水平）；

系统层面：解决 MW 级系统集成问题，适配大型电站、工业园区等高功率需求场景（如替代传统火电厂需 100MW-10GW 级系统）。

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总结与展望

4.1 核心结论

技术定位明确：SOC 作为高效清洁的双模式能量转换装置，在 “双碳” 目标下具备不可替代的价值，是中国新能源技术的重要发展方向；

产业链初步形成：国内已突破从材料到系统的核心技术，形成“企业研发 + 示范应用” 的产业格局，潮州三环、潍柴动力等企业成为标杆；

差距与瓶颈显著：与国际领先水平相比，国内在电堆耐久性（5 年 vs 10 年）、系统功率（35kW vs 10MW）、BOPs 专业化程度、中低温材料产业化等方面仍有差距，需重点突破；

应用前景广阔：多场景适配性（热电联供、分布式发电、储能等）为 SOC 提供了巨大市场空间，未来有望成为能源转型的关键技术之一。

4.2 未来展望

论文指出，中国 SOC 产业需通过 “产学研协同” 推进技术突破：学术界聚焦中低温材料、新型结构研发，产业界推动材料成本下降与系统规模化，政策层面引导专业化 BOPs 供应商进入产业链 —— 随着技术成熟与成本降低，SOC 将在能源利用中占据重要地位，助力中国实现 “双碳” 目标与能源结构转型。

Bowen Wang, Rongxuan Wang, Ruihao Lu, Qing Du & Kui Jiao (2025)

Development and industrialization progress of solid oxide cell in China, International Journal of

Green Energy, 22:2, 334-342, DOI: 10.1080/15435075.2024.2414228

2025年度氢能产业“金鼎奖”评审通知

GOLDEN TRIPOD AWARDS 

氢能产业“金鼎奖”是由“中国氢能 100 人论坛”与“氢能观察”联合主办的年度重磅行业评选活动。依托主办单位的行业影响力与资源积淀，奖项历经多年发展迭代，已构建起严谨、规范的评选体系，成为氢能领域极具公信力与权威性的标杆评选之一。

评选范围全面覆盖氢能全产业链核心环节，囊括制氢、电解槽、储运及核心零部件等领域的优质企业品牌、前沿创新产品、关键创新技术与典型应用案例，实现对产业优质资源的精准挖掘与整合。本次评选以“树立行业标杆、赋能高质量发展”为核心宗旨，通过遴选产业链各环节的优秀典范，发挥榜样示范引领作用，凝聚产业发展共识，引导行业资源向创新驱动、绿色低碳方向集聚，助力氢能产业高质量、规范化发展！

奖项设置

01 2025 年度氢能领军人才年度成就、创新应用、技术专家

02 2025 年度氢能制氢装备领军企业ALK/PEM/AEM/SOEC

03 2025 年度氢能燃料电池领军企业电堆及相关核心产品

04 2025 年度氢能储运加装备领军企业液氢、加氢站、压缩机等

05 2025 年度氢能测试与装备领军企业综合装备、涂布设备、测试平台、 测量设备、激光设备

06 2025 年度氢能最佳材料部件供应商膜电极、双极板、压缩机、传感 器、气体扩散层、密封材料、质子交换膜、碳纸、催化剂、DCDC 等

07 2025 年度氢能交通示范领军品牌重卡、两轮、低空经济

08 2025 年度氢能最佳服务机构协会媒体、服务机构、产业园等

09 2025 年度氢能优秀项目案例绿氢项目、零碳案例

10 2025 年度氢能年度新锐企业成立三年内新锐企业

评选流程

01 2026 年 1 月 15 日—2 月 28 日征集申报企业、高校、科研机构、个人按要求 填写并提交申报表，组委会审查申报材料。

02 2026 年 3 月 1 日—3 月 5 日专家初评 组织专家对申报材料进行初评审核。

03 2026 年 3 月 6 日—3 月 10 日补充材料。

04 2026 年 3 月 11 日—3 月 15 日组织专家就初筛名单进行综合评审，评选出“氢能金鼎奖”。

05 2026 年 3 月 24 日发布评选结果，于 CHEC2026 期间举办颁奖仪式。

评选报名

张老师 18088655286

刘老师 13756043953

邮箱：qn@21xny.com