一(yī)、前言
能源是人類社會賴以生(shēng)存和發展的重要物(wù)質基礎，目前對以煤、石油、天然氣等爲代表的傳統化石能源的過度開(kāi)發利用，導緻了日益嚴重的環境問題。爲實現人類社會可持續發展，推動能源行業向低碳化、無碳化、低污染方向發展成爲世界各國的共識。
中(zhōng)國是世界上最大(dà)的能源生(shēng)産國和消費(fèi)國，目前以煤爲基礎的大(dà)規模化石能源開(kāi)發造成二氧化碳排放(fàng)問題嚴重，2021 年我(wǒ)國二氧化碳排放(fàng)量超1.19×1010 t，占全球總量的 32.8%，占比最大(dà) [1]。與此同時我(wǒ)國能源安全問題突出，目前我(wǒ)國石油的對外(wài)依存度已超 70%，天然氣的對外(wài)依存度已超40%，對外(wài)依存度現狀不能滿足最基本的能源安全需求 [2]；另一(yī)方面，可再生(shēng)能源發展迅速，可再生(shēng)能源成爲增量主體(tǐ)，到“十四五”末可再生(shēng)能源的發電(diàn)裝機占中(zhōng)國電(diàn)力總裝機比例将超過50%，但由于風能、太陽能等本身的間歇性及我(wǒ)國風能、太陽能等資(zī)源地域分(fēn)配不均，大(dà)規模可再生(shēng)能源儲能調峰問題迫切需要得到解決；此外(wài)，大(dà)電(diàn)網集中(zhōng)式供電(diàn)遠距離(lí)輸送損耗大(dà)、效率低，尤其安全問題不容忽視，重大(dà)事故會造成巨大(dà)經濟損失，開(kāi)發分(fēn)布式發電(diàn)技術提高能源利用效率将成爲未來新趨勢。十九大(dà)報告明确提出要推進能源生(shēng)産和消費(fèi)革命，構建清潔低碳、安全高效的現代能源體(tǐ)系。氫能作爲一(yī)種綠色低碳、清潔高效、安全、可持續的二次能源，氫能的應用可以廣泛滲透到傳統能源的各個方面，包括交通運輸、工(gōng)業燃料、發電(diàn)等。氫能符合中(zhōng)國碳減排重大(dà)戰略，同時有利于解決中(zhōng)國能源安全問題，是國家能源革命的重要媒介。氫能可以将傳統化石能源和可再生(shēng)能源連接起來，實現二者平穩過渡。發展氫能是實現能源結構轉型升級，推進我(wǒ)國能源生(shēng)産和消費(fèi)革命的重要抓手 [3]。
燃料電(diàn)池（FC）是一(yī)種将燃料的化學能直接轉換爲電(diàn)能的發電(diàn)裝置，具有能量轉化效率高、排放(fàng)低、無噪聲等特點，是21世紀的能源革命性發電(diàn)技術。燃料電(diàn)池技術與氫能源産業直接關聯，是核心技術環節。根據所使用的電(diàn)解質不同，燃料電(diàn)池主要分(fēn)爲固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池（SOFC）、質子交換膜燃 料 電(diàn) 池 （PEMFC）、 熔 融 碳 酸 鹽 燃 料 電(diàn) 池（MCFC）、磷酸燃料電(diàn)池（PAFC）和堿性燃料電(diàn)池（AFC）等 [4]。全球範圍燃料電(diàn)池的主要技術路線目前以采用高純氫氣作燃料的 PEMFC 和可以采用粗氫和碳氫燃料的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池爲主。以氫氣爲能源、低溫運行的 PEMFC，在以新能源汽車(chē)爲代表的交通領域有廣闊的發展空間。高溫固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池燃料适應性強，可使用氫氣，不要求高純度，特别是可直接使用各種含碳燃料（天然氣、生(shēng)物(wù)質氣、汽油、柴油、乙醇等），發電(diàn)效率高，應用前景廣泛，目前在固定式發電(diàn)應用領域更爲突出 [5,6]。
我(wǒ)國要構建“清潔、低碳、安全、高效”的現代能源體(tǐ)系，必須依托新型能源技術的突破，氫能是未來最重要的能源載體(tǐ)，而可以實現氫能和現有化石燃料清潔高效利用的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術，與我(wǒ)國現有能源供應系統兼容，必将擔負起非常重要的曆史使命。大(dà)力發展可以采用多種燃料的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術将助推我(wǒ)國供給側能源改革，推動能源技術革命，爲實現碳達峰、碳中(zhōng)和目标奠定技術基礎。爲了促進我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術産業鏈的全面發展，本文依托中(zhōng)國工(gōng)程院咨詢項目的支持，分(fēn)析了國内外(wài)固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術和産業發展現狀，凝練了我(wǒ)國發展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術面臨的問題，梳理了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業鏈面臨的重點任務，提出了若幹保障措施與政策建議，研究将爲今後固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的規模化、商(shāng)業化發展奠定基礎。
二、固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的技術特點及應用場景
高溫固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發電(diàn)不需經過從燃料化學能→熱能→機械能→電(diàn)能的轉變過程，其能量轉化效率高、操作方便、無腐蝕、燃料适用性廣，可廣泛地采用氫氣、一(yī)氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣、生(shēng)物(wù)質氣、甲醇、乙醇、汽油和柴油等多種碳氫燃料，很容易與現有能源資(zī)源供應系統兼容 [6]。同時，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池不需要貴金屬催化劑，原材料資(zī)源豐富且成本低。另外(wài)，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池具有環境友好排放(fàng)低和噪聲低等優點，是公認的高效綠色能源轉換技術。固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的高效率、無污染、全固态結構和對多種燃料氣體(tǐ)廣泛适應性等方面的突出優點，成爲其廣泛應用的基礎。
固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池最常見的應用領域爲固定式發電(diàn)，包括小(xiǎo)型家庭熱電(diàn)聯供系統（CHP），分(fēn)布式發電(diàn)或數據中(zhōng)心備用電(diàn)源，以及工(gōng)業用大(dà)型固定式發電(diàn)站等。其中(zhōng)，二氧化碳近零排放(fàng)的大(dà)型煤氣化燃料電(diàn)池發電(diàn)技術（IGFC）和可以采用氫氣、甲烷、甲醇以及氨等作爲燃料的分(fēn)布式發電(diàn)技術是未來主要研究方向。IGFC 是将整體(tǐ)煤氣化聯合循環發電(diàn)（IGCC）與高溫固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池或MCFC 相結合的發電(diàn)系統，可在 IGCC 的基礎上進一(yī)步提高煤氣化發電(diàn)效率，降低CO2捕集成本，同時實現CO2及污染物(wù)近零排放(fàng)，是煤炭發電(diàn)的根本性變革技術 [7,8]。
另外(wài)，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池作爲輔助或動力電(diàn)源在車(chē)輛、輪船、無人機等領域也有推廣應用。其中(zhōng)，2016年日産汽車(chē)發布了世界上首款以固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池動力系統驅動的燃料電(diàn)池原型車(chē)。2020 年Bloom Energy（BE）公司與三星重工(gōng)業株式會社簽署了一(yī)項聯合研發協議，共同設計和開(kāi)發以固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池爲動力的燃料電(diàn)池船，實現其對船舶清潔能源和更加可持續的海上運輸業的發展願景。
三、固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術的發展現狀及問題剖析
（一(yī)）國外(wài)固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術的發展現狀
美國、歐洲、日本等發達國家和地區在固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術方面一(yī)直處于世界領先地位，經過幾十年的技術研發和攻關，已經基本實現了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術的商(shāng)業化運行 [9,10]，發展出多家具有特色技術的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池企業。
美國是世界上最早開(kāi)始布局固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池研發的國家，由美國能源部（DOE）牽頭，持續支持數十年。目前從全球市場來看，美國的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池累計裝機量處于絕對領先地位，重點扶持大(dà)中(zhōng)型工(gōng)/商(shāng)業用供電(diàn)，特别是由于美國自然災害頻(pín)繁，缺少可靠電(diàn)網，數據中(zhōng)心備用電(diàn)源應用場景豐富。2001 年，由風險資(zī)金成立的 BE 公司，是目前固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池領域技術力量最強的公司，也是固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池商(shāng)業化最成功的公司，實現了數百千瓦到數兆瓦的分(fēn)布式發電(diàn)系統的商(shāng)業化應用。圖1爲BE公司投放(fàng)的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發電(diàn)系統産品，其标準配置可産生(shēng)250 kW的功率，占地面積大(dà)約相當于30 ft集裝箱的一(yī)半，發電(diàn)效率高達65%，處于世界領先水平，通過提供安全可靠供電(diàn)服務于銀行和金融服務、數據中(zhōng)心、政府、酒店(diàn)、物(wù)流等各個行業，主要客戶包括蘋果公司、沃爾瑪百貨有限公司、美國銀行、谷歌公司等數十家全球财富百強公司。除了比較知(zhī)名的BE公司外(wài)，FuelCell Energy等公司也積極進行固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池研發布局。美國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術推進得益于美國聯邦政府的積極引導和财政支持，同時一(yī)些地方州政府也通過補貼或稅收減免等方式，推動固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産品投放(fàng)。
日本在新能源産業技術綜合開(kāi)發機構（NEDO）的領導下(xià)，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池規劃主要包括家用型（千瓦級）以及電(diàn)廠型（兆瓦級及以上）等，日本從 2005 年開(kāi)始啓動家用燃料電(diàn)池熱電(diàn)聯供（ENE-FARM）計劃，對ENE-FARM進行示範運行及政府補助，因此目前以家用小(xiǎo)型熱電(diàn)聯供系統最爲成熟，保有量位居全球第一(yī)，其中(zhōng)日本京瓷株式會社等從1985年開(kāi)始一(yī)直挑戰小(xiǎo)型固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的技術開(kāi)發，2011年率先推出的家用千瓦級固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池熱電(diàn)聯供系統進入市場，整體(tǐ)系統效率可達90%（LHV）以上，其利用高超的精密陶瓷設計、制造和測評技術，可實現産品 9×104 h連續工(gōng)作，360次啓停，12年的設計壽命，目前安裝數量持續增加，價格逐漸降低。除此之外(wài)，在工(gōng)業用固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術研發方面，日本三菱重工(gōng)（MHI）從 20 世紀 90 年代開(kāi)始針對煤炭高效利用，進行大(dà)規模固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發電(diàn)系統研究。目前，日本三菱與日立集團合資(zī)成立的電(diàn)力公司已成功研發出 250 kW 固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池 ‒ 微型燃氣輪機（MGT）系統，并在日本推廣應用。日本NEDO與大(dà)崎電(diàn)業社2017年合作開(kāi)展IGFC驗證項目，2019年開(kāi)始進行第三期驗證工(gōng)作，即CO2近零排放(fàng) IGFC（600 kW×2），目标是未來在應用于500 MW 級商(shāng)業發電(diàn)設施時，CO2回收率爲 90% 的條件下(xià)實現47%的供電(diàn)效率。
歐洲具有一(yī)批成功實現産品化的公司，如CeresPower、Sunfire、Solid Power、Elcogen、Convion、Topose等，與日本相似，歐洲的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池市場主要應用爲微型熱電(diàn)聯供（Micro-CHP）系統，近年來由于可再生(shēng)能源的快速發展，Sunfire、Topose正在轉向固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的逆過程即固體(tǐ)氧化物(wù)電(diàn)解池技術研究。Ceres Power是一(yī)家英國公司，是新一(yī)代、低成本金屬支撐燃料電(diàn)池技術的領導者，其特有的Steel Cell TM技術，源自英國帝國理工(gōng)學院，已持續研究開(kāi)發近 16 年，2019 年，Ceres Power宣布成功開(kāi)發了首個專爲氫燃料設計的零排放(fàng)熱電(diàn)聯産系統。愛沙尼亞的 Elcogen成立于2001年，具有最先進的陶瓷陽極支撐、低溫固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池制造技術，其生(shēng)産的電(diàn)池片和電(diàn)堆性能處于國際領先水平，目前已經商(shāng)業化。芬蘭的Convion公司成立于2012年，主要基于固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術開(kāi)發用于分(fēn)布式發電(diàn)和工(gōng)業自發電(diàn)的燃料電(diàn)池系統，其開(kāi)發的C60産品，可使用天然氣或沼氣爲原料，輸出功率 60 kW，發電(diàn)效率達到60%，總的能量效率達到83%。
從各個國家固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術商(shāng)業化進程可以看出，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術的發展需要政府的引導和大(dà)力支持，特别是在商(shāng)業化尚未成型的前期導入階段，财政補貼尤爲重要。另一(yī)方面，政府、企業、高校、科研院所之間的協同合作機制對于固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池全産業鏈發展非常重要。
（二）我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術的發展現狀及存在問題
國外(wài)固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的研發方向主要聚焦于降低成本和提高穩定性方面，中(zhōng)國則起步較晚，尚處于初步探索階段。“十二五”期間，中(zhōng)國礦業大(dà)學（北(běi)京）作爲依托單位，聯合中(zhōng)國科學技術大(dà)學、北(běi)京科技大(dà)學等承擔了國家“973計劃”項目——碳基燃料固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池體(tǐ)系基礎研究，開(kāi)展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池相關基礎理論和關鍵技術研究；中(zhōng)國科學院大(dà)連化學物(wù)理研究所、甯波材料技術與工(gōng)程研究所、華中(zhōng)科技大(dà)學和中(zhōng)國科學院上海矽酸鹽研究所分(fēn)别承擔了“863計劃”項目——5千瓦系統和25千瓦電(diàn)池堆項目，在固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池關鍵材料及單電(diàn)池開(kāi)發方面取得很大(dà)進步 [11]。
“十三五”期間，大(dà)型能源集團如國家能源集團、國家電(diàn)網有限公司、中(zhōng)國華能集團有限公司、濰柴動力股份有限公司、晉能控股裝備制造集團有限公司等開(kāi)始介入，爲固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的發展提供了很好契機。
在固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術應用場景方面，IGFC 技術有助于實現煤炭的清潔高效利用，是煤炭領域的變革性技術。爲推進IGFC相關技術攻關和工(gōng)程示範，科學技術部在2017年立項了國家重點研發計劃 “CO2近零排放(fàng)的煤氣化發電(diàn)技術”，由國家能源集團牽頭，聯合中(zhōng)國礦業大(dà)學（北(běi)京）、中(zhōng)國華能集團清潔能源技術研究院有限公司、清華大(dà)學等單位組成“産學研”攻關團隊，其核心任務是開(kāi)發高溫固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池和固體(tǐ)氧化物(wù)電(diàn)解池技術，建成 CO2近零排放(fàng)的 IGFC 示範工(gōng)程，項目總體(tǐ)技術路線如圖2所示。IGFC系統一(yī)般由煤氣化淨化、高溫燃料電(diàn)池發電(diàn)、餘熱回收及CO2捕集和封存等子系統構成，其中(zhōng)高溫燃料電(diàn)池發電(diàn)技術是制約IGFC發展的關鍵技術。項目組目前已開(kāi)發了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池電(diàn)堆和IGFC測試平台，已實現了20千瓦級IGFC發電(diàn)系統試車(chē)，下(xià)一(yī)步将依托已有技術開(kāi)展100千瓦級IGFC發電(diàn)系統示範 [12]。目前，國内IGFC仍處于起步階段，煤氣淨化提純技術、高溫燃料電(diàn)池技術、系統耦合控制技術等相關技術研究正逐步開(kāi)展。高溫固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術是制約IGFC發展的關鍵技術，目前，國内的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術尚未完全成熟，一(yī)方面應加強基礎研究，另一(yī)方面要重點開(kāi)展關鍵技術攻關，降低成本，提高壽命。
國内相關的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池企業主要有潮州三環（集團）股份有限公司、蘇州華清京昆新能源科技有限公司、甯波索福人能源技術有限公司、武漢華科福賽新能源有限責任公司等。
潮州三環（集團）股份有限公司是美國BE公司的主要供貨商(shāng)，從2004年開(kāi)始開(kāi)展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池電(diàn)解質膜的開(kāi)發和生(shēng)産。2012年開(kāi)始量産固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池單電(diàn)池，2017年開(kāi)始向國内市場推出固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池電(diàn)堆，目前正在進行30 kW固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池系統研發。蘇州華清京昆新能源科技有限公司創建于2010年，相關産品包括單電(diàn)池、電(diàn)堆、發電(diàn)系統等。2018年成立徐州華清京昆新能源科技有限公司，在徐州投資(zī)建設固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池智能制造工(gōng)廠。2019年8月，徐州華清固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池項目首批20萬片單電(diàn)池生(shēng)産線投産。甯波索福人能源技術有限公司創立于2014年，目前建立了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池單電(diàn)池、電(diàn)池堆以及發電(diàn)系統的生(shēng)産線，一(yī)直對外(wài)公開(kāi)銷售單電(diàn)池、電(diàn)堆以及發電(diàn)系統等産品；2022 年 1 月，研制的25 kW固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發電(diàn)系統順利運行。武漢華科福賽新能源有限責任公司成立于2016年，是一(yī)家專業從事固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發電(diàn)系統研發的高科技企業。目前，公司成功研制了 1~5 kW獨立發電(diàn)系統及各種規格測試台。
從整體(tǐ)來說，國内固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池在産業化方面與國外(wài)差距巨大(dà)，仍處于産業發展初期，雖然經過了20多年的技術積累，已經基本掌握了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池關鍵材料的制備技術和大(dà)面積單電(diàn)池的量産技術，但技術力量不強，特别是由于核心電(diàn)堆的一(yī)緻性、可靠性以及低成本技術未完全突破，加之國産高溫系統輔助部件缺失，我(wǒ)國目前尚無公開(kāi)報道長期運行的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池商(shāng)業化系統，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的應用研究仍然主要集中(zhōng)在突破關鍵技術及建設示範工(gōng)程上。目前我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業化發展仍存在很多亟待解決的問題。
1. 應用基礎研究薄弱，關鍵技術缺失
固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池運行溫度高，産業鏈長，工(gōng)程技術難度也最大(dà)，是典型的“高門檻”技術，且國外(wài)固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池先進技術和産品早期均對中(zhōng)國一(yī)定程度禁運禁售，屬于“卡脖子”類核心技術，全靠自主研發。我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池起步明顯落後，開(kāi)始從事固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池研究時，國外(wài)已基本具備了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業化的基礎，電(diàn)池穩定性評估已經達到了數萬小(xiǎo)時，即使目前，國内也不具備如此高穩定性的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術。我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發表論文數量衆多，但主要偏向于新材料方面，與實際應用相結合的關鍵技術研究相對薄弱，緻使産業化進程緩慢(màn)。
2. 固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業鏈長、國内技術無法共享
在基礎研究方面，國内大(dà)部分(fēn)高校或企業是單兵作戰，隻能在自己熟悉的專業領域開(kāi)展一(yī)些力所能及的工(gōng)作，緻使相關基礎研究較爲分(fēn)散，雖然有科研項目支持，但未完全形成合力，未能形成良好的理論和技術體(tǐ)系。在資(zī)金薄弱的情況下(xià)，很多工(gōng)作是重複性的，所以國内固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的進展十分(fēn)緩慢(màn)。相比之下(xià)，歐洲、日本和美國各企業之間商(shāng)業合作頻(pín)繁，技術互補，發展迅猛。美國針對固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池，在1999年由能源部牽頭建立固态能量轉換聯盟（SECA），由産業團隊、技術團隊和聯邦政府三方構成，相互協調配合，共同推進固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産品的研發與商(shāng)業化進程。日本主要在NEDO的領導下(xià)進行固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的相關研發工(gōng)作，NEDO聯合了日本主要科研機構和大(dà)型企業，緻力于進一(yī)步提升運行壽命和降低系統成本。
3. 缺少足夠的資(zī)金投入，産業化成本較高
相對于其他燃料電(diàn)池，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池難度很大(dà)，需要投入巨大(dà)的資(zī)金來支持。但是，在早期除了政府提供的國家項目支持外(wài)，很少有企業投資(zī)。大(dà)多數企業都處于觀望的狀态，隻有部分(fēn)由高校或研究院組建的企業在推進固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的産業化，進展相對緩慢(màn)。在産業化初期，由于規模較小(xiǎo)，參與的企業較少，配套不足，核心電(diàn)池電(diàn)堆以及各種零部件，包括熱交換器、催化燃燒器、氫氣循環泵等，都是定制産品，導緻了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池系統價格高。此外(wài)，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的工(gōng)作溫度高達650~800 ℃，工(gōng)業級的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産品要求有數萬小(xiǎo)時的壽命，且常年不間斷運行，對各種部件、材料、塗層的耐高溫老化性能要求極高，推高了材料及工(gōng)藝成本。固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池高加速老化測試評價技術不成熟，任何的技術改進均需要相當長的時間進行驗證。在産業初期，研發投入折算的成本非常高。但值得慶幸的是，“十四五”以來，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池正在被衆多企業重視，發展前景明朗。随着氫能與燃料電(diàn)池的發展熱潮，一(yī)系列政策出台，固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術進入快速發展期。
四、我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業發展路徑
（一(yī)）發展思路
“十四五”以來國家密集出台了多項針對氫能的政策，特别是2022年3月23日，國家發展和改革委員(yuán)會、國家能源局聯合印發《氫能産業發展中(zhōng)長期規劃（2021—2035年）》，提出穩步推進氫能多元化示範應用。燃料電(diàn)池車(chē)輛隻是氫能應用的突破口，長遠發展應逐步拓展在儲能、分(fēn)布式發電(diàn)、工(gōng)業等領域的應用。固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池應用前景廣泛，既能實現煤炭、天然氣等化石能源的高效低碳利用，還能實現氫能的綠色高效利用，因此，以固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池爲代表的燃料電(diàn)池技術是未來能源轉型的重要技術支撐，也是新興産業發展的重要方向。
從保障我(wǒ)國能源安全和發展戰略性新興産業的國家戰略需求出發，發展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術及産業有利于優化能源結構、帶動産業轉型升級、推動能源生(shēng)産與消費(fèi)革命、壯大(dà)綠色低碳産業體(tǐ)系、培育出新的經濟增長點。因而，我(wǒ)國未來相當長一(yī)段時間需要持續加強固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池基礎與應用技術研究，掌握固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池理論、材料創新體(tǐ)系；重視固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池相關的工(gōng)程、工(gōng)藝與裝備開(kāi)發，推進固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業的形成，健全與完善固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業鏈；逐步擴大(dà)固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池系統示範規模，提升固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術水平；完善固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池法規标準建設，加強頂層規劃與設計，發揮政策對固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業的引導作用，最終建立低成本的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池材料、部件、系統的制備與生(shēng)産産業鏈，實現固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池在無補貼的情況下(xià)商(shāng)業化運行。
随着我(wǒ)國能源形勢日益嚴峻及環保壓力持續加大(dà)，對降低CO2排放(fàng)、實現煤炭資(zī)源清潔高效利用的需求越來越迫切 [13]，煤炭清潔高效利用技術創新是我(wǒ)國《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》的重要内容。在整體(tǐ)煤氣化聯合循環發電(diàn)的基礎上發展的煤氣化燃料電(diàn)池發電(diàn)技術，可實現煤基發電(diàn)由單純熱力循環發電(diàn)向電(diàn)化學和熱力循環複合發電(diàn)的技術跨越，大(dà)幅提高煤電(diàn)效率，在高效發電(diàn)的同時實現污染物(wù)近零排放(fàng)和負荷快速響應，被視作未來最有發展前景的近零排放(fàng)煤氣化發電(diàn)技術。國家《“十三五”國家科技創新規劃》和《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》等都将IGCC/IGFC列爲重要内容和發展目标。2017年，我(wǒ)國啓動了面向2030年重大(dà)科技項目，其中(zhōng)明确要求完成基于IGFC發電(diàn)關鍵技術研發和工(gōng)程示範。
因此，爲滿足當前能源需求和環境保護，一(yī)方面需要加快開(kāi)發基于固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的化石能源的潔淨、高效利用技術，另一(yī)方面也需要突破基于固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的儲能調峰技術，促進能源結構向可再生(shēng)能源過渡，推動能源技術革命。
（二）重點任務
我(wǒ)國應該加快研發固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池系列關鍵技術，實現固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池系統的規模性示範，面向2035年應該進行兆瓦級固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池規模化的示範與試運行。重大(dà)技術攻關包括兆瓦級固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池分(fēn)布式能源系統開(kāi)發，突破固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池材料、封接、連接體(tǐ)關鍵材料及技術，掌握長壽命的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池及其關鍵部件的批量制備與生(shēng)産技術、系統集成技術。試驗示範方面：确定IGFC重點示範工(gōng)程，推動固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池裝備的試驗示範，實現規模化應用。
基于國家能源技術革命的重大(dà)需求，針對商(shāng)業化實際應用，通過對固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的國内外(wài)研究現狀和專利布局進行梳理，明确了我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術差距、制約因素及發展優勢，同時鑒于目前國内固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術尚未完全成熟，迫切需要示範需求，“十四五”時期盡快開(kāi)發100千瓦級固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發電(diàn)單元在規模和示範效果上均無疑是最合适的選擇，可爲兆瓦級乃至百兆瓦級發電(diàn)系統規模化奠定基礎。100千瓦級發電(diàn)單元在城市數據中(zhōng)心及分(fēn)布式發電(diàn)應用、農村(cūn)及偏遠地區生(shēng)物(wù)質氣發電(diàn)、大(dà)型煤氣化燃料電(diàn)池發電(diàn)、水面艦艇潔淨高效發電(diàn)、電(diàn)解制氫實現能源轉化與儲存等方面均具有廣泛的應用前景。基于此，我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池需要突破的關鍵性技術主要包括以下(xià)方面。
1. 開(kāi)發低成本高性能單電(diàn)池批量化制備技術
加強低成本、高性能關鍵元件産業化技術研發和批量生(shēng)産，重點解決産品一(yī)緻性、穩定性和長壽命等；掌握薄膜電(diàn)解質低溫緻密化及高活性納米電(diàn)極原位構建技術，提高陰極活性以及陽極抗氧化及顆粒粗化能力，研究服役工(gōng)況下(xià)材料結構演變和界面互擴散過程，研究電(diàn)池耐久性加速實驗方法，實現工(gōng)業尺寸單電(diàn)池的低成本批量穩定生(shēng)産。高性能單電(diàn)池的一(yī)緻性對于電(diàn)堆的集成至關重要，需要設備的可靠性及工(gōng)藝的标準化。另外(wài)單電(diàn)池的成品率迫切需要提高，從而降低生(shēng)産成本。
2. 突破高一(yī)緻性可靠性電(diàn)堆設計、集成及産業化技術
對于高溫運行的電(diàn)堆單元工(gōng)程化集成技術及批量化裝配技術，重點解決一(yī)緻性和穩定性；在電(diàn)堆集成過程中(zhōng)，燃料供應（布氣技術）、單元電(diàn)池取電(diàn)、封接材料選擇及結構設計技術均非常關鍵，需要設計具有自主知(zhī)識産權的高可靠電(diàn)堆結構，開(kāi)發新型可循環及可修複的複合封接材料和封接方法，開(kāi)發低成本不鏽鋼材料，優化抗氧化塗層制備技術，掌握電(diàn)堆标準化組裝技術，爲高性能穩定運行奠定基礎。
3. 掌握高效系統集成、控制管理及示範技術
雖然小(xiǎo)電(diàn)堆開(kāi)發相對容易，但采用小(xiǎo)電(diàn)堆集成難度大(dà)，系統結構複雜(zá)、熱管理難度大(dà)。采用大(dà)功率的電(diàn)堆，雖然開(kāi)發困難，但系統相對簡單，傳熱寬容度好。需要解決多電(diàn)堆管理集成模組工(gōng)程化技術，多堆之間串、并聯管理，電(diàn)堆内熱和尾氣餘熱利用和平衡管理技術；需要重點突破系統（高效率、低成本、長壽命）集成控制技術、長期性能評價及衰減快速評測技術等。實現配套氣化爐設備平衡（BOP）部件标準化研發及批量制造，突破直接使用多種複雜(zá)碳基燃料的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池熱電(diàn)聯供系統集成技術，掌握電(diàn)力控制及并網技術，最終通過産、學、研、資(zī)結合，共同發展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術。
4. 拓展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業化應用場景
海上航運業面臨越來越嚴苛的船舶排放(fàng)控制。國際海事組織（IMO）提出，到2050年全球海運業溫室氣體(tǐ)年排放(fàng)量要比2008年減少50%，以推動海運業逐步朝零碳目标邁進。爲實現零碳目标，可再生(shēng)能源在船舶交通方面的利用将變得越來越重要。由于锂電(diàn)池等新技術的體(tǐ)積功率密度難以達到大(dà)型船舶長航時的要求，提高發電(diàn)系統體(tǐ)積功率密度是大(dà)力推廣新能源船舶領域應用的主要發展方向。可以使用高體(tǐ)積能量密度燃料，并且更高效發電(diàn)的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術會在船舶動力方面得到大(dà)力施展的空間，同時，由于沒有對固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池啓動時間進行約束，該技術在交通領域最具競争力。因此，國家需要在船舶領域對固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術進行引導，實現固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池電(diàn)力系統在船舶上應用。
太陽能、風能等可再生(shēng)能源的快速增長迫切需要大(dà)力發展與之相匹配的大(dà)規模儲能調峰技術。可逆固體(tǐ)氧化物(wù)電(diàn)池（RSOC）是一(yī)種全固态電(diàn)化學能量轉換裝置，集成了固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池和固體(tǐ)氧化物(wù)電(diàn)解池優勢，可以實現化學能和電(diàn)能的高效潔淨轉換，有望應用于間歇式可再生(shēng)能源長周期存儲轉化、智能電(diàn)網調峰以及分(fēn)布式發電(diàn)等領域，與現有能源系統兼容，符合國家重大(dà)需求。當電(diàn)能不足時，外(wài)界供給其燃料（和空氣），它以固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池方式工(gōng)作；當電(diàn)能過剩時，外(wài)界供給其可再生(shēng)電(diàn)能（H2O/CO2），它以固體(tǐ)氧化物(wù)電(diàn)解池方式工(gōng)作，通過電(diàn)解的方式将 H2O/CO2轉化爲 H2/CO（可進一(yī)步制備甲烷、甲醇等），把電(diàn)能以化學能的方式存儲下(xià)來或再用于燃料電(diàn)池發電(diàn)，RSOC可逆循環效率可達70%以上，具有很好的應用前景。
五、保障措施與政策建議
爲推動固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池自主關鍵技術發展及早日商(shāng)業化，國家需要加強頂層設計，統籌規劃，持續支持開(kāi)展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池基礎科學問題與關鍵技術研究，同時立足國情，堅持多元應用與示範先行，因地制宜開(kāi)展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術的商(shāng)業應用示範。
（一(yī)）加快制度體(tǐ)系建設，加強固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術及産業發展的頂層設計
随着“雙碳”目标的提出，國内陸續出現固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池示範應用案例，地方政府開(kāi)始發布相關政策方面的扶持，2021年北(běi)京市出台氫能産業發展實施方案，明确将固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池的發展目标列入其中(zhōng)。2022年4月，廣東省印發《廣東省能源發展“十四五”規劃》，提出發展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池及其分(fēn)布式發電(diàn)成套裝備，推廣高溫燃料電(diàn)池冷熱電(diàn)三聯供應用示範。但與歐美等發達國家和地區相比，我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池補貼力度還不夠大(dà)，産業鏈不夠完善，要從政策上鼓勵既具有核心技術又(yòu)有長遠發展規劃和發展潛力的企業加大(dà)投入，尤其是填補國内空白(bái)的核心材料與零部件的企業，并加強監督管理，設立階段性目标，提高政策實施的滾動評估力度，有效推進固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業發展。從國家層面明确固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池技術發展路線圖，引領固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池創新發展方向。
（二）強化财稅金融支持，充分(fēn)發揮市場在資(zī)源配置中(zhōng)的決定性作用，突出企業主體(tǐ)地位
發揮好财政性資(zī)金作用，支持開(kāi)展固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池重大(dà)技術裝備的試點示範和前沿關鍵技術研發應用。基于已有政策的延續性，針對所選擇的典型行業，參考國外(wài)先進經驗與成熟案例，制定相關的激勵與補貼政策以及對應的約束與監督機制、考核機制。對具有一(yī)定基礎的關鍵性零部件供應鏈企業進行政策培育與保底。
（三）堅持創新驅動發展，把自主技術創新作爲推動固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業發展的主要驅動力
注重發展核心技術，尤其要重視關鍵材料與部件的國産化。完善技術鏈、健全産業鏈，特别要關注上遊關鍵材料的批量生(shēng)産線，研制出符合市場需求的産品，使固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業健康、可持續發展。聚焦固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池發展面臨的技術短闆，集中(zhōng)優勢資(zī)源，在核心材料、核心裝備、關鍵零部件、系統集成等領域開(kāi)展技術攻關，提升自主化能力，縮小(xiǎo)與國際先進水平的差距。
（四）完善标準規範體(tǐ)系，形成具有自主知(zhī)識産權的技術标準
目前國際上僅有少量固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池标準，我(wǒ)國固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池标準更是缺乏。2018年國家能源局同意成立能源行業高溫燃料電(diàn)池标準化技術委員(yuán)會，主要負責固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池和熔融碳酸鹽燃料電(diàn)池技術及産業領域的标準化工(gōng)作。因此需要在此基礎上盡快推動完善固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業技術标準體(tǐ)系，支持開(kāi)展團體(tǐ)标準、行業标準研究，加快構建國家标準、行業标準和團體(tǐ)标準相結合的标準化協同創新機制，超前部署固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池創新領域标準。鼓勵行業龍頭企業牽頭研究制定企業标準。推薦固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産品檢驗檢測和認證公共服務平台建設，加快完善固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産品質量認證體(tǐ)系。建設若幹固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池國家技術标準創新基地，建立各級标準化及第三方檢測認證平台。
（五）加強固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池領域人才培養，深化國際交流與合作
人才是科技創新的第一(yī)要素，應積極推進固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池領域專業人才儲備工(gōng)作建設。一(yī)方面，應積極引進高精尖技術人才，迅速組建一(yī)批“産學研政”多方協同創新的固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業技術攻關團隊。另一(yī)方面，要加強燃料電(diàn)池後備人才建設，推進燃料電(diàn)池相關學科體(tǐ)系建設，目前教育部設立了氫能科學與工(gōng)程和碳儲科學與工(gōng)程專業，還應鼓勵大(dà)專院校設置燃料電(diàn)池專業，職業性院校加強燃料電(diàn)池相關技能型人才培養。同時，還應建立健全固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業人才激勵機制，助推整個固體(tǐ)氧化物(wù)燃料電(diàn)池産業健康、有序、快速發展。
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文章轉載：DT新材料