本文發(fā)表于《International Journal of Green Energy》2025 年第 22 卷第 2 期（DOI: 10.1080/15435075.2024.2414228），由天津大學等機構研究者撰寫，系統(tǒng)梳理了中國固體氧化物電池（SOC）從材料研發(fā)到系統(tǒng)產業(yè)化的全鏈條進展，深入分析技術優(yōu)勢、現(xiàn)存挑戰(zhàn)，并展望未來應用與發(fā)展方向，為理解中國 SOC 產業(yè)現(xiàn)狀提供了全面參考。

01

引言：SOC 技術定位與核心價值

1.1 SOC 技術定義與工作原理

SOC 是一種高溫（600-1000℃）電化學能量轉換裝置，具備雙工作模式：燃料電池模式（SOFC）可將燃料化學能直接轉化為電能并釋放熱量，電解池模式（SOEC）可利用外部電能與熱量分解水蒸氣（H?O）和二氧化碳（CO?），生成氫氣（H?）、一氧化碳（CO）等燃料，實現(xiàn) “電能 - 化學能 - 電能” 的可逆轉化。

其核心優(yōu)勢源于全固態(tài)結構：無電解質泄漏與腐蝕問題，可靠性高；SOFC 模式下系統(tǒng)凈發(fā)電效率達 50%-65%，熱電聯(lián)供（CHP）效率可超 90%，SOEC 模式電解效率最高達 100%，且無需鉑（Pt）等貴金屬催化劑，燃料適應性廣（可直接使用甲烷、氨、一氧化碳等），能顯著降低氫氣存儲運輸成本。

1.2 SOC 與 PEMFC/PEMEC 的技術對比

為明確 SOC 技術定位，論文通過多維度對比其與商業(yè)化程度更高的質子交換膜電池（PEMFC/PEMEC），具體差異如下表所示：

對比維度SOCPEMFC & PEMEC參考來源

商業(yè)化水平市場拓展初期，技術路線多樣已大規(guī)模商業(yè)化，材料與結構標準化/

成本燃料電池堆約 3000 美元 /kW，系統(tǒng)約 6000 美元 /kW燃料電池堆約 300 美元 /kW，系統(tǒng)約 600 美元 /kWFacci et al. (2017)、Malik et al. (2021)

耐久性數(shù)千至數(shù)萬小時數(shù)萬小時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）H?、NH?、CH?、CO 等多種燃料僅高純度 H?Authayanun et al. (2016)

產物（SOEC 模式）H?、CO 等多種產物僅 H?Pandiyan et al. (2019)

此外，SOC 在 SOEC 模式下可通過水 - 二氧化碳共電解生成不同碳氫比的合成氣，產物多樣性優(yōu)勢顯著；而 PEMFC/PEMEC 則更適應波動式可再生能源輸入，在快速啟停場景中更具靈活性。

1.3 中國 SOC 產業(yè)發(fā)展背景

在“雙碳” 目標驅動下，中國將 SOC 列為新能源技術重點發(fā)展方向。目前國內頭部企業(yè)已突破從粉體制備、關鍵部件開發(fā)到系統(tǒng)集成的核心技術，初步形成 SOC 產業(yè)鏈，并進入系統(tǒng)示范驗證階段—— 論文基于最新文獻與企業(yè)公開報告，從材料、單電池 / 電堆、系統(tǒng)三個層級展開詳細分析。

02

中國 SOC 產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 材料層面：核心部件材料研發(fā)與應用

材料是 SOC 性能與成本的關鍵，論文重點分析了電解質、電極（陽極 / 陰極）、互連體、密封劑四類核心材料的技術路線與產業(yè)應用現(xiàn)狀：

（1）電解質：氧化鋯基為主流，中低溫材料待突破

電解質需滿足高離子導電性、低電子導電性、良好化學兼容性與熱膨脹匹配性（CTE）等要求，目前主要分為螢石結構與鈣鈦礦結構兩類：

螢石結構材料：

氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）：1970 年代起應用，高溫（>800℃）穩(wěn)定性與導電性優(yōu)異，是國內企業(yè)（如 SOFCMAN、華科燃料電池、華霆動力）的主流選擇，但 800℃以下導電性顯著下降。

摻雜改性氧化鋯：氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯（ScSZ）、鈧鈰共穩(wěn)定氧化鋯（ScCeSZ）在 700℃以下導電性優(yōu)于 YSZ，全球最大 SOC 企業(yè) Bloom Energy 采用 10Sc1CeSZ，但成本更高。

鈰基氧化物：釓摻雜氧化鈰（GDC/CGO）、釤摻雜氧化鈰（SDC）中低溫（~600℃）導電性高，但在還原氣氛下 Ce?+ 易被還原為 Ce3+，導致材料內應力增加、電子導電性上升，可能引發(fā)電池短路 —— 英國 Ceres Power 通過 “GDC - 電子絕緣層 - GDC” 三層結構解決此問題，國內暫未大規(guī)模應用。

鈣鈦礦結構材料：鍶鎂摻雜鑭鎵氧化物（LSGM）離子導電性高，但鎵（Ga）成本高、制備工藝復雜，目前僅處于實驗室研發(fā)階段。

其他材料：三氧化二鉍（Bi?O?）基材料離子導電性最高，但還原氣氛下穩(wěn)定性差，未實現(xiàn)產業(yè)化。

（2）電極：陽極以 Ni-YSZ 為主，陰極需優(yōu)化兼容性

陽極：需具備高孔隙率、高催化活性、 redox 環(huán)境穩(wěn)定性，目前主流為鎳基金屬陶瓷（Ni-YSZ）：

Ni-8YSZ：離子導電性高，可增大電化學反應比表面積，作為陽極催化層；

Ni-3YSZ：機械強度優(yōu)于 Ni-8YSZ，作為陽極支撐層；

現(xiàn)存問題：使用烴類燃料時易積碳、使用氨時易生成氮化物、SOEC 模式下 Ni 易遷移；解決方案包括添加銅（Cu）緩解積碳、混入 GDC 或用 GDC 替代 YSZ 緩解硫中毒與積碳。

新型陽極：鈣鈦礦結構材料（如鑭摻雜鈦酸鍶 LST、鍶鐵鉬氧化物 SFM、鑭鍶鈷錳氧化物 LSCM）催化性能優(yōu)異，但長期穩(wěn)定性與大尺寸應用仍需驗證，處于實驗室階段。

陰極：以鈣鈦礦結構、雙鈣鈦礦結構、Ruddlesden-Popper（RP）結構為主，需滿足高催化活性、高導電性與熱膨脹匹配性：

鑭鍶錳氧化物（LSM）：熱穩(wěn)定性優(yōu)異，但 800℃以下催化活性低、離子導電性可忽略，需與電解質材料（YSZ/GDC）混合以擴大反應區(qū)域，形成 LSM-YSZ、LSM-GDC 復合陰極。

鑭鍶鈷氧化物（LSC）、鑭鍶鐵鈷氧化物（LSCF）：離子 - 電子混合導體，導電性與催化活性優(yōu)于 LSM，但與 YSZ 反應易生成高電阻層（如 La?Zr?O?），需在兩者間添加 GDC 阻擋層 ——LSCF 因與電解質 CTE 匹配性更好，應用更廣泛（如華霆動力、SOFCMAN）。

新型陰極：RP 結構、雙鈣鈦礦結構材料處于研發(fā)階段，未產業(yè)化。

（3）互連體：金屬合金替代陶瓷，鐵鉻不銹鋼成首選

互連體負責單電池陽極與相鄰電池陰極的電連接，需具備高導電性、 redox 環(huán)境穩(wěn)定性、低 cost 與易加工性：

陶瓷互連體：鑭鉻氧化物（LaCrO?）基材料高溫（1000℃）導電性約 1 S/cm，與其他部件兼容性好，但氧缺乏時導電性下降、鉻揮發(fā)導致燒結穩(wěn)定性差，且脆性大、加工難，已逐步被金屬替代。

金屬互連體：隨 SOC 運行溫度降至 600-800℃，金屬合金（高機械強度、低成本、易加工）成為主流，其中鉻含量 16%-25% 的鐵鉻不銹鋼最常用，如蒂森克虜伯 VDM 的 Crofer 22 APU/H、阿勒格尼路德盧姆的涂層 AISI441、日本的 SUS430，國內企業(yè)多采用類似牌號。

（4）密封劑：玻璃 - 陶瓷為主，需平衡密封性與穩(wěn)定性

密封劑用于防止平面 SOC 陰陽極氣體泄漏，分為剛性密封與壓縮密封兩類：

剛性密封劑：類似焊接，高溫下軟化 / 熔融后與部件緊密結合：

玻璃密封劑：熱應力耐受性好，但長期穩(wěn)定性差，僅用于實驗室測試；

玻璃 - 陶瓷密封劑：晶體骨架賦予高穩(wěn)定性與剛性，是商業(yè)化電堆的主流選擇（如潮州三環(huán)、濰柴動力）；

金屬密封劑：成本高、 redox 環(huán)境不穩(wěn)定，應用受限。

壓縮密封劑：需額外壓力將部件與密封劑壓緊：

云母：長期穩(wěn)定性好，但泄漏率比玻璃基材料高數(shù)個數(shù)量級，需與玻璃 / 金屬復合使用；

貴金屬：成本高，僅用于特殊場景。

（5）材料產業(yè)格局

國內多數(shù)企業(yè)仍依賴傳統(tǒng)材料（YSZ、Ni-YSZ、LSCF-GDC），少數(shù)企業(yè)達到國際領先水平 —— 潮州三環(huán)是全球最大電解質供應商，為 Bloom Energy 供應 80% 的電解質；學術界雖報道多種高性能新材料，但成本與耐久性未經過產業(yè)驗證，需在 “性能 - 成本 - 耐久性” 間平衡以推進產業(yè)化。

2.2 單電池 / 電堆層面：結構與支撐技術的多樣化選擇

單電池結構與電堆集成直接影響 SOC 功率密度與規(guī)模化應用，論文從結構類型、支撐配置、電堆性能三個維度展開分析：

（1）單電池結構：平面型為主，管式與扁平管式補充

單電池按幾何形態(tài)分為三類，技術特性差異顯著：

結構類型核心優(yōu)勢核心劣勢國內應用企業(yè) / 案例

平面型制造工藝簡單、功率密度高高溫密封性難、穩(wěn)定性差潮州三環(huán)、濰柴動力、華霆動力、中復能源

管式熱穩(wěn)定性好、易集成密封內阻高、功率密度低佛山索力德（Foshan ISOLID）

扁平管式結合平面型（高功率）與管式（高穩(wěn)定性）優(yōu)勢，雙面陰極設計抵消熱應力制造工藝復雜、成本高浙江 H?-Bank（國內唯一）

此外，學術界提出單塊層疊（MOLB）、微管式、錐形管式、無電解質燃料電池（EFFC）等新型結構，但均處于研發(fā)初期，未進入產業(yè)應用。

（2）支撐配置：從電解質支撐向金屬支撐演進

支撐配置影響電池內阻與運行溫度，目前經歷三代技術迭代：

電解質支撐（ES）：電解質層厚 150-300μm，機械強度高、穩(wěn)定性好，但內阻大，需 > 900℃高溫降低歐姆損失 ——Bloom Energy 仍采用此配置，國內應用較少。

陽極支撐（AS）：陽極支撐層厚 250-500μm，電解質層薄 5-15μm，內阻顯著降低，可在中低溫運行，是國內多數(shù)企業(yè)（如潮州三環(huán)、SOFCMAN）的主流選擇，但陶瓷支撐層脆性大。

金屬支撐（MS）：以廉價鐵素體鋼為支撐體，熱導率高、抗熱震性好，可實現(xiàn)快速啟停，適配交通場景 —— 濰柴動力與英國 Ceres Power 合作，采用鋼基支撐技術，通過金屬焊接與墊圈壓縮密封，成本低、密封性好，已應用于 120kW 系統(tǒng)。

（3）電堆性能：功率與耐久性待提升

電堆由多片單電池串聯(lián)組成，是 SOC 系統(tǒng)的核心模塊，目前國內技術瓶頸集中在規(guī)模化密封與熱管理：

功率規(guī)模：國內單電堆功率普遍 1-5kW，國際領先企業(yè)（如 Bloom Energy）已實現(xiàn)更高功率；

耐久性：國內多數(shù)電堆耐久性為數(shù)千小時，潮州三環(huán)電堆耐久性可達 5 年，接近國際領先水平（10 年），但仍需提升一致性；

技術挑戰(zhàn)：電堆規(guī)模擴大后，密封難度增加、內部溫度梯度上升，需優(yōu)化密封結構與熱管理系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)層面：SOFC/SOEC 系統(tǒng)示范與瓶頸

SOC 系統(tǒng)由 “電堆模塊 + 輔助設備（BOPs）” 組成，論文分別分析了 SOFC 系統(tǒng)、SOEC / 可逆 SOC（RSOC）系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)：

（1）SOFC 系統(tǒng)：示范項目落地，BOPs 成關鍵瓶頸

系統(tǒng)組成：BOPs 包括重整器、換熱器、燃燒器、蒸汽發(fā)生器、逆變器等，占系統(tǒng)成本與故障率的主要部分 —— 歐洲 Ene-Field 項目數(shù)據顯示，SOC 系統(tǒng)故障中僅 1-2% 來自電堆，12% 來自 BOPs（重整器與逆變器）。

國內 BOPs 痛點：產業(yè)規(guī)模小，缺乏專業(yè)化 BOPs 供應商，部分設備（如重整器）需 SOC 企業(yè)自主研發(fā)，換熱器、燃燒器等為定制化產品，導致成本高、耐久性差，需推動專業(yè)化供應商進入產業(yè)鏈。

系統(tǒng)性能與示范項目：國內單 SOFC 系統(tǒng)功率 1-35kW，低于國際領先水平（如 Bloom Energy 的 10MW 級系統(tǒng)），但已有多個標桿示范項目落地：

潮州三環(huán) 210kW SOFC 熱電聯(lián)供項目（2020 啟動，2023 達標）：由 6 臺 35kW 系統(tǒng)組成，交流凈發(fā)電效率 64.1%，CHP 效率 91.2%，單系統(tǒng)運行超 6500 小時，為國內公開最高水平；

濰柴動力 120kW 金屬支撐 SOFC 系統(tǒng)（2023 發(fā)布）：全球首款高功率金屬支撐系統(tǒng)，凈發(fā)電效率 > 60%，CHP 效率 92.55%（公開最高），冷啟動速度是其他產品的 3 倍以上；

SOFCMAN 25kW SOFC 系統(tǒng)（2021 示范）：由 6 臺 5kW 電堆（共 1200 片單電池）組成，凈發(fā)電效率 60.8%，運行約 1400 小時；

中復能源 10kW SOFC 充電站：以天然氣為燃料，配套 110kWh 儲能電池，可同時為 3 臺電動車直流充電；

國家能源集團 100kW 整體煤氣化燃料電池（IGFC）系統(tǒng)：由 5 個獨立 SOFC 模塊組成，碳捕獲率 98.3%。

（2）SOEC/RSOC 系統(tǒng)：kW 級為主，耐久性數(shù)據缺失

SOEC 與 RSOC（可逆 SOC）是 “綠氫制備” 與 “可再生能源存儲” 的關鍵技術，國內企業(yè)與科研機構已開展多個示范項目：

浙江 H?-Bank：2022 年推出 5kW CO SOEC 與 RSOC，核心部件耐久性預計達 20000 小時；斯威夫特新能源（Swift New Energy）：

2023 年推出 10kW SOEC 系統(tǒng)，可共電解水與 CO?制氫 / CO，能耗 3.6kWh/Nm3，綜合效率 > 82%；

中科院上海應物所（SINAP）：2023 年推出 200kW SOEC 系統(tǒng)，能耗 3.16kWh/Nm3，產氫率 64Nm3/h，達國內領先；同年與中海油合作推出 10kW 水 - CO?共電解 SOEC 系統(tǒng)，CO?單程轉化率 77.9%，合成氣產率 3.08Nm3/h，H?/CO 比可在 1.3-4.8 間調節(jié)；

北京質子動力（BPEC）：與中廣核、國家電網合作開展 2kW、5kW SOEC 項目，計劃 2023 年底推進 25-50kW 項目。

目前國內 SOEC 系統(tǒng)以 kW 級為主，缺乏 MW 級系統(tǒng)案例，且多數(shù)項目未公開耐久性數(shù)據，與國際領先水平存在差距。

03

SOC 應用場景與未來發(fā)展趨勢

3.1 應用場景：

多領域覆蓋，適配能源轉型需求基于 SOC“高效轉換、燃料靈活、可逆運行” 的特性，論文展望了五大核心應用場景：

（1）多場景熱電聯(lián)供（CHP）

SOFC 系統(tǒng)排放的 400-600K 高品位廢熱，可通過換熱器供應熱水（ residential 區(qū)域）或工業(yè)用熱（如化工、紡織行業(yè)），CHP 效率超 90%，適配 “分布式供能” 需求。

（2）分布式發(fā)電

電動汽車充電站：緩解電網負荷壓力，提供持續(xù)穩(wěn)定供電；

工業(yè)園區(qū) / 數(shù)據中心 / 軍事基地：替代傳統(tǒng)柴油發(fā)電機，具備清潔、高效、低噪音優(yōu)勢，滿足高穩(wěn)定性供電需求。

（3）大型固定式電站

SOFC - 燃氣輪機（GT）聯(lián)合循環(huán)：利用 SOFC 高溫高壓排氣驅動燃氣輪機發(fā)電，提升系統(tǒng)總效率；整體煤氣化燃料電池（IGFC）：

適配中國富煤資源，替代傳統(tǒng)火電廠，實現(xiàn)煤炭清潔高效利用（碳捕獲率可達 98% 以上）。

（4）交通運輸

SOFC 可作為無人機、船舶、重型卡車的動力源或增程器，提升續(xù)航里程（如濰柴動力 30kW SOFC 電動客車增程器，測試里程超 60000km），降低碳排放。

（5）可再生能源存儲

針對風能、太陽能的間歇性問題，SOEC 可在用電低谷期將電能轉化為 H?/CO 等燃料（長期存儲），SOFC 在用電高峰期將燃料化學能轉化為電能并入電網，實現(xiàn) “削峰填谷”，助力電網穩(wěn)定。

3.2 未來發(fā)展趨勢：聚焦三大技術方向

（1）開發(fā)中低溫 SOC（400-600℃）當前 SOC 運行溫度 600-1000℃，高溫導致材料化學穩(wěn)定性下降、熱應力增加、密封性變差，影響耐久性 —— 中低溫化是核心解決方案，關鍵路徑包括：研發(fā)高導電 / 高催化活性中低溫材料；

推動質子傳導固體陶瓷燃料電池（PCFC）、無電解質燃料電池（EFFC）等新型技術路線，降低運行溫度。

（2）拓展燃料多樣性與共電解技術

SOFC 端：提升多燃料適應性（如氨、甲烷、生物氣），解決非氫燃料導致的積碳、硫中毒問題，降低氫氣存儲運輸成本；

SOEC 端：結合碳捕獲技術，發(fā)展水 - CO?共電解，生產合成氣、甲醇等化學原料，助力化工行業(yè)脫碳。

（3）提升電堆與系統(tǒng)功率規(guī)模

電堆層面：突破規(guī)模化密封與熱管理技術，擴大單堆功率（目標從當前 1-5kW 提升至更高水平）；

系統(tǒng)層面：解決 MW 級系統(tǒng)集成問題，適配大型電站、工業(yè)園區(qū)等高功率需求場景（如替代傳統(tǒng)火電廠需 100MW-10GW 級系統(tǒng)）。

04

總結與展望

4.1 核心結論

技術定位明確：SOC 作為高效清潔的雙模式能量轉換裝置，在 “雙碳” 目標下具備不可替代的價值，是中國新能源技術的重要發(fā)展方向；

產業(yè)鏈初步形成：國內已突破從材料到系統(tǒng)的核心技術，形成“企業(yè)研發(fā) + 示范應用” 的產業(yè)格局，潮州三環(huán)、濰柴動力等企業(yè)成為標桿；

差距與瓶頸顯著：與國際領先水平相比，國內在電堆耐久性（5 年 vs 10 年）、系統(tǒng)功率（35kW vs 10MW）、BOPs 專業(yè)化程度、中低溫材料產業(yè)化等方面仍有差距，需重點突破；

應用前景廣闊：多場景適配性（熱電聯(lián)供、分布式發(fā)電、儲能等）為 SOC 提供了巨大市場空間，未來有望成為能源轉型的關鍵技術之一。

4.2 未來展望

論文指出，中國 SOC 產業(yè)需通過 “產學研協(xié)同” 推進技術突破：學術界聚焦中低溫材料、新型結構研發(fā)，產業(yè)界推動材料成本下降與系統(tǒng)規(guī)模化，政策層面引導專業(yè)化 BOPs 供應商進入產業(yè)鏈 —— 隨著技術成熟與成本降低，SOC 將在能源利用中占據重要地位，助力中國實現(xiàn) “雙碳” 目標與能源結構轉型。

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年度氫能產業(yè)“金鼎獎”評審通知

GOLDEN TRIPOD AWARDS 

氫能產業(yè)“金鼎獎”是由“中國氫能 100 人論壇”與“氫能觀察”聯(lián)合主辦的年度重磅行業(yè)評選活動。依托主辦單位的行業(yè)影響力與資源積淀，獎項歷經多年發(fā)展迭代，已構建起嚴謹、規(guī)范的評選體系，成為氫能領域極具公信力與權威性的標桿評選之一。

評選范圍全面覆蓋氫能全產業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)，囊括制氫、電解槽、儲運及核心零部件等領域的優(yōu)質企業(yè)品牌、前沿創(chuàng)新產品、關鍵創(chuàng)新技術與典型應用案例，實現(xiàn)對產業(yè)優(yōu)質資源的精準挖掘與整合。本次評選以“樹立行業(yè)標桿、賦能高質量發(fā)展”為核心宗旨，通過遴選產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的優(yōu)秀典范，發(fā)揮榜樣示范引領作用，凝聚產業(yè)發(fā)展共識，引導行業(yè)資源向創(chuàng)新驅動、綠色低碳方向集聚，助力氫能產業(yè)高質量、規(guī)范化發(fā)展！

獎項設置

01 2025 年度氫能領軍人才年度成就、創(chuàng)新應用、技術專家

02 2025 年度氫能制氫裝備領軍企業(yè)ALK/PEM/AEM/SOEC

03 2025 年度氫能燃料電池領軍企業(yè)電堆及相關核心產品

04 2025 年度氫能儲運加裝備領軍企業(yè)液氫、加氫站、壓縮機等

05 2025 年度氫能測試與裝備領軍企業(yè)綜合裝備、涂布設備、測試平臺、 測量設備、激光設備

06 2025 年度氫能最佳材料部件供應商膜電極、雙極板、壓縮機、傳感 器、氣體擴散層、密封材料、質子交換膜、碳紙、催化劑、DCDC 等

07 2025 年度氫能交通示范領軍品牌重卡、兩輪、低空經濟

08 2025 年度氫能最佳服務機構協(xié)會媒體、服務機構、產業(yè)園等

09 2025 年度氫能優(yōu)秀項目案例綠氫項目、零碳案例

10 2025 年度氫能年度新銳企業(yè)成立三年內新銳企業(yè)

評選流程

01 2026 年 1 月 15 日—2 月 28 日征集申報企業(yè)、高校、科研機構、個人按要求 填寫并提交申報表，組委會審查申報材料。

02 2026 年 3 月 1 日—3 月 5 日專家初評 組織專家對申報材料進行初評審核。

03 2026 年 3 月 6 日—3 月 10 日補充材料。

04 2026 年 3 月 11 日—3 月 15 日組織專家就初篩名單進行綜合評審，評選出“氫能金鼎獎”。

05 2026 年 3 月 24 日發(fā)布評選結果，于 CHEC2026 期間舉辦頒獎儀式。

評選報名

張老師 18088655286

劉老師 13756043953

郵箱：qn@21xny.com