刘少名等：欧洲固体氧化物燃料电池(SOFC)产业化现状 281· (a) Honeycomb single cells (b) 10 mm Metallic interconnect SeSZ layer -10 mm Fuel Current collection Glass sealing layer layer for anode 图3蜂巢式SOFC示意图及实物图例(a)阴极支撑蜂巢式电堆SOFC示意图：(b)2节蜂巢式SOFC电堆实物图 Fig.3 Schematic diagram and real honeycomb SOFC product:(a)cathode-supported honeycomb SOFC;(b)a photo of a two-unit honeycomb SOFC stack (a) Outer cathode layer 6 Cathode current Anode supported Thick electrolyte support tube collection wire Electrolyte. supported Inner anode layer 5 mm Anode current collector .Anode current Cathode current Outer cathode layer Electrolyte layer collection wire collection wire Thick anode support tube (c) (d) 16 MD/A 3 0.2Wcm-2 1.4 2 1.0 0.8 1 0.6 a0 0.4 0.2 0 0.1020.30.4 Diameter/cm 050100150200250300350 Time/min 图4微管式SOFC结构图及性能曲线so-四(a)电解质支撑微管式SOFC结构示意图：(b)阳极支撑蜂微管式SOFC结构示意图：(c)管径与输出 功率关系曲线：(d)微管式SOFC热循环性能 Fig.4 Schematic diagrams and performance curve of microtubular SOFC(a)schematic diagram of electrolyte-supported microtubular SOFC;(b) schematic diagram of anode-supported microtubular SOFC;(c)influence of pipe diameter on output power;(d)thermal cycling results for microtubular SOFC 是由于管径尺寸的变化使得微管式SOFC性能有 式和瓦楞式的成品率：解决锥管式、蜂巢式及微管 两方面的提高，一是功率密度，由于功率与管径成 式的集电问题 反比使得微管式SOFC具有相对高的功率密度o: 1.2平板式S0FC 另一方面是抗热震性能，微管式SOFC可以在不 平板式SOFC设计是另一种广泛使用的SOFC 到1min的时间内加热到800℃，并且不发生损坏 设计方式，平板式SOFC电池堆结构与质子交换膜 现象-I四.但是正是由于微管式SOFC的管径尺寸 燃料电池电堆结构类似，这种具有双极的或平板 小使得集电困难，因此微管式SOFC尤其适合于小 的结构可以使电池间形成简单有效的电串联 功率的便携式产品 这种双极的平板式设计与管式SOFC相比具有两 由于管式SOFC具有良好的高温密封性能、 方面的优点，一是平板式设计具有更短的电流路 热循环性能及快速启停性能而一直受到业界的重 径和更低的欧姆极化阻抗，从而具有更高的电性 视.目前做管式SOFC的公司主要集中在美国和 能和输出功率密度；另一方面是平板式设计更容 日本，其他国家包括韩国、英国、西班牙等，表1 易采用低成本、批量化的制备工艺，如丝网印刷和 中列出了管式SOFC的主要制造厂商.总体来说， 流延成型等.平板式SOFC的主要缺点是高温密 目前管状SOFC的研发目标是降低电堆的制造成 封困难、热循环性能及长期可靠性差.总体而言， 本和提升输出功率密度，在现有各种管式SOFC基 由于平板式SOFC具有更低的制造成本和更高的 础上，简化扁管式和瓦楞式的制备工艺，提升扁管 输出功率密度，使得平板式SOFC更容易达到商业是由于管径尺寸的变化使得微管式 SOFC 性能有 两方面的提高，一是功率密度，由于功率与管径成 反比使得微管式 SOFC 具有相对高的功率密度[10] ； 另一方面是抗热震性能，微管式 SOFC 可以在不 到 1 min 的时间内加热到 800 ℃，并且不发生损坏 现象[11−12] . 但是正是由于微管式 SOFC 的管径尺寸 小使得集电困难，因此微管式 SOFC 尤其适合于小 功率的便携式产品. 由于管式 SOFC 具有良好的高温密封性能、 热循环性能及快速启停性能而一直受到业界的重 视. 目前做管式 SOFC 的公司主要集中在美国和 日本，其他国家包括韩国、英国、西班牙等，表 1 中列出了管式 SOFC 的主要制造厂商. 总体来说， 目前管状 SOFC 的研发目标是降低电堆的制造成 本和提升输出功率密度，在现有各种管式 SOFC 基 础上，简化扁管式和瓦楞式的制备工艺，提升扁管 式和瓦楞式的成品率；解决锥管式、蜂巢式及微管 式的集电问题. 1.2    平板式 SOFC 平板式 SOFC 设计是另一种广泛使用的 SOFC 设计方式，平板式 SOFC 电池堆结构与质子交换膜 燃料电池电堆结构类似，这种具有双极的或平板 的结构可以使电池间形成简单有效的电串联[14] . 这种双极的平板式设计与管式 SOFC 相比具有两 方面的优点，一是平板式设计具有更短的电流路 径和更低的欧姆极化阻抗，从而具有更高的电性 能和输出功率密度；另一方面是平板式设计更容 易采用低成本、批量化的制备工艺，如丝网印刷和 流延成型等. 平板式 SOFC 的主要缺点是高温密 封困难、热循环性能及长期可靠性差. 总体而言， 由于平板式 SOFC 具有更低的制造成本和更高的 输出功率密度，使得平板式 SOFC 更容易达到商业 (a) Air (b) Fuel Fuel Metallic interconnect ScSZ layer Anode layer Honeycomb single cell LSM LSM LSM 5 mm 10 mm 10 mm 10 mm Honeycomb single cells Current collection layer for anode Glass sealing layer Metallic interconnect 图 3    蜂巢式 SOFC 示意图及实物图[9] . （a）阴极支撑蜂巢式电堆 SOFC 示意图；（b）2 节蜂巢式 SOFC 电堆实物图 Fig.3    Schematic diagram and real honeycomb SOFC product[9] : (a) cathode-supported honeycomb SOFC; (b) a photo of a two-unit honeycomb SOFC stack Electrolyte￾supported Outer cathode layer Thick electrolyte support tube Inner anode layer Cathode current collection wire Anode supported Anode current collector Outer cathode layer Electrolyte layer Thick anode support tube Anode current collection wire Cathode current collection wire 1−5 mm 0.2 W·cm−2 3 2 1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Diameter/cm 0 50 100 150 200 250 300 350 Time/min 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Power density/(kW·L 0 −1 ) Current/A (a) (b) (c) (d) 图 4    微管式 SOFC 结构图及性能曲线[5, 10-12] . （a）电解质支撑微管式 SOFC 结构示意图；（b）阳极支撑蜂微管式 SOFC 结构示意图；（c）管径与输出 功率关系曲线；（d）微管式 SOFC 热循环性能 Fig.4    Schematic diagrams and performance curve of microtubular SOFC[5, 10-12] : (a) schematic diagram of electrolyte-supported microtubular SOFC; (b) schematic diagram of anode-supported microtubular SOFC; (c) influence of pipe diameter on output power; (d) thermal cycling results for microtubular SOFC 刘少名等： 欧洲固体氧化物燃料电池（SOFC）产业化现状 · 281 ·