282 工程科学学报，第42卷，第3期 表1管式SOFC的主要制造厂商) 化需求，因此平板式SOFC成为国际上SOFC研究 Table 1 Major manufacturers of tubular SOFC 的热点和主流.SOFC按支撑结构不同可分为外部 Country Company/Institution Concept Power 支撑和自支撑两种结构.外部支撑一般是将薄电 achieved/kW 池组件制备到提供支撑强度的金属连接体或者多 Tubular 220 孔基板上；自支撑结构一般是采用电解质或电极 Siemens-Westinghouse Flatten-tubular 3.3 作为支撑层.目前，平板式SOFC的主要支撑结构 USA Delta 0.00041 为电解质支撑、阳极支撑及金属连接体支撑（如 Acumentrics Micro-tubular 0.25-10 表2所示s-1),国际具有领先水平的平板式SOFC Ultra Electronics AMI Micro-tubular 0.2-0.3 生产厂家如表3s,17-27所示 Mitsubishi Heavy Tubular 250 (i)电解质支撑结构.早期的平板式SOFC大 Industries,MHI Segmented in series flatten-tubular 2 多数为电解质支撑结构，其所需的电解质层厚度 Segmented in series Kyocera 通常大于100~200um,电极厚度约为50m,为了 Japan flatten-tubular 降低电阻增大电导率，工作温度一般为850~ Osaka Gas Flatten-tubular 0.7 1000℃2其优点是机械性能高、输出性能稳定、 Tokyo Gas Segmented in series flatten-tubular 制备工艺简单且成本低.目前，主要应用电解质支 TOTO Micro-tubular 3.2 撑结构的SOFC公司包括：美国布鲁姆能源公司 UK Adelan Micro-tubular 0.2 (Bloom energy)已推出100、200、250及300kW的 表2平板式SOFC支撑结构、特点及部分厂家1 Table 2 Supported structures,features,and manufacturers of planar SOFCs Supported structures Illustration Features Manufacturers Cathode High operating temperatures required for sufficient oxygen ion conductivity;Relatively strong structural Electrolyte-supported Electrolyte support,Less susceptible to failure due to anode re- HEXIS,Bloom Energy,Sunfire oxidation;Higher resistance due to low electrolyte conductivity Anode Cathode Lower operating temperature (<800 C)via Electrolyte use of thin electrolytes;Highly conductive anode; Fuel Cell Energy (Versa Power),Delphi, Anode-supported Mass transport limitation due to thick anodes, Ceramic Fuel Cells,POSCO Energy Anode Potential anode re-oxidation Cathode Electrolyte Lower operating temperature (<600 C);Stronger Metal interconnect- Anode structures from metallic interconnects;Interconnect Ceres Power,Plansee, supported oxidation;Flowfield design limitation due to cell support Topsoe Fuel Cell Metal requirement 发电系统(htps:www.bloomenergy.com/resources), 是厚的阳极可能会引起传质限制，并且存在氧化 日本关西电力公司(Kansai Electric Power)推出的 还原气氛下易破裂的问题.目前，主要推进阳极支 1~I0kW的发电系统P,德国的Sunfire公司推出 撑SOFC研发公司包括：美国的Delphi公司开发 400 W~20 kW(https://www.sunfire.de/en/products- 3~5kW电池堆以及发电系统，通用GE公司开发 and-technology). 的5.4kW电堆，FuelCell Energy开发的60kW电堆 (ii)阳极支撑结构.阳极支撑平板式SOFC采 模块B0,丹麦的Topsoe Fuel Cell公司开发的1kW 用薄膜电解质，其电阻小输出功率高，工作温度低 电堆模块B,芬兰的Convion(Wartsila)开发的20~ (600~800℃)，可采用廉价的连接体材料，是目前 50kW发电系统四 广泛采用的电池结构.阳极层的厚度通常为 ()金属支撑结构.为了降低工作温度、增大 0.5~1mm,电解质层厚度通常为3~15m29但 输出功率密度、减小传质阻力、提高热循环和抗化需求，因此平板式 SOFC 成为国际上 SOFC 研究 的热点和主流. SOFC 按支撑结构不同可分为外部 支撑和自支撑两种结构. 外部支撑一般是将薄电 池组件制备到提供支撑强度的金属连接体或者多 孔基板上；自支撑结构一般是采用电解质或电极 作为支撑层. 目前，平板式 SOFC 的主要支撑结构 为电解质支撑、阳极支撑及金属连接体支撑（如 表 2 所示[15−16] ），国际具有领先水平的平板式 SOFC 生产厂家如表 3 [15,17−27] 所示. （i）电解质支撑结构. 早期的平板式 SOFC 大 多数为电解质支撑结构，其所需的电解质层厚度 通常大于 100～200 μm，电极厚度约为 50 μm，为了 降低电阻增大电导率 ，工作温度一般 为 850～ 1000 ℃[28] . 其优点是机械性能高、输出性能稳定、 制备工艺简单且成本低. 目前，主要应用电解质支 撑结构的 SOFC 公司包括：美国布鲁姆能源公司 （Bloom energy）已推出 100、200、250 及 300 kW 的 发电系统（https://www.bloomenergy.com/resources） ， 日本关西电力公司 (Kansai Electric Power) 推出的 1 ～10 kW 的发电系统[26] ，德国的 Sunfire 公司推出 的 400 W～20 kW（https://www.sunfire.de/en/products￾and-technology）. （ii）阳极支撑结构. 阳极支撑平板式 SOFC 采 用薄膜电解质，其电阻小输出功率高，工作温度低 （600～800 ℃），可采用廉价的连接体材料，是目前 广泛采用的电池结构 . 阳极层的厚度通常为 0.5～1 mm，电解质层厚度通常为 3～15 μm[29] . 但 是厚的阳极可能会引起传质限制，并且存在氧化 还原气氛下易破裂的问题. 目前，主要推进阳极支 撑 SOFC 研发公司包括：美国的 Delphi 公司开发 3～5 kW 电池堆以及发电系统，通用 GE 公司开发 的 5.4 kW 电堆，FuelCell Energy 开发的 60 kW 电堆 模块[30] ，丹麦的 Topsoe Fuel Cell 公司开发的 1 kW 电堆模块[31] ，芬兰的 Convion（Wärtsilä）开发的 20～ 50 kW 发电系统[32] . （iii）金属支撑结构. 为了降低工作温度、增大 输出功率密度、减小传质阻力、提高热循环和抗 表 1    管式 SOFC 的主要制造厂商[13] Table 1    Major manufacturers of tubular SOFC[13] Country Company/Institution Concept Power achieved/kW USA Siemens-Westinghouse Tubular 220 Flatten-tubular 3.3 Delta 0.00041 Acumentrics Micro-tubular 0.25–10 Ultra Electronics AMI Micro-tubular 0.2–0.3 Japan Mitsubishi Heavy Industries, MHI Tubular 250 Segmented in series flatten-tubular 21 Kyocera Segmented in series flatten-tubular 3 Osaka Gas Flatten-tubular 0.7 Tokyo Gas Segmented in series flatten-tubular 3 TOTO Micro-tubular 3.2 UK Adelan Micro-tubular 0.2 表 2 平板式 SOFC 支撑结构、特点及部分厂家[15-16] Table 2 Supported structures, features, and manufacturers of planar SOFCs[15-16] Supported structures Illustration Features Manufacturers Electrolyte-supported Cathode Electrolyte Anode High operating temperatures required for sufficient oxygen ion conductivity; Relatively strong structural support; Less susceptible to failure due to anode re￾oxidation; Higher resistance due to low electrolyte conductivity HEXIS, Bloom Energy, Sunfire Anode-supported Cathode Electrolyte Anode Lower operating temperature (<800 ℃) via use of thin electrolytes; Highly conductive anode; Mass transport limitation due to thick anodes; Potential anode re-oxidation Fuel Cell Energy (Versa Power), Delphi, Ceramic Fuel Cells, POSCO Energy Metal interconnect￾supported Cathode Electrolyte Anode Metal Lower operating temperature (<600 ℃); Stronger structures from metallic interconnects; Interconnect oxidation; Flowfield design limitation due to cell support requirement Ceres Power, Plansee, Topsoe Fuel Cell · 282 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期