[00920056]固体氧化物燃料电池全产业链关键技术及应用

项目背景：固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料的化学能通过高温(700-900℃)电化学反应直接转换为电能的高效、洁净发电技术，可以使用氢气、煤气、天然气等多种燃料直接发电，被《国家创新驱动发展战略纲要》(2016)列为引领产业变革的颠覆性技术。美、日等发达国家都将其列为战略高技术，持续攻关30多年，投资近百亿美元，在2010年前后开始商业化应用。但是其技术和产品均对我国禁运，中国只能自主研发。 主要技术内容：SOFC是一项典型的多学科交叉、产业链冗长的高难度工程技术，涉及了多种关键材料开发、单电池设计及高温制备、发电模块高温集成、发电系统开发及示范运行。该项目依次攻克了SOFC材料-电池-模块-系统全产业链关键技术，实现了中国SOFC产业从0到1的突破。核心技术“氧化锆陶瓷低温烧结致密化”和“陶瓷电池与金属连接体异相封接”广泛应用于氧化物陶瓷和真空灭弧室等产品的工业化生产。发明专利12项，3次获省部级一等奖。主要成果如下： (1)SOFC电极材料开发及原位构建技术：发明了A缺位钙钛矿型阴极材料(Ba_0.9(Co，Fe)_0.9Nb_0.1O_3-8)，性能较常用的第二代阴极提高了2～4倍，该方法被认为是“设计功能特性新材料的关键工具”。发明了纳米异构复合阳极及其高温原位构建技术方法(Pr/La_0.8Sr_1.2(Co，Fe)_0.8Nb_0.2O₄₊₈-CoFe)，实现了高性能输出和稳定运行，具有优异的抗硫-耐积碳性能，被认为是“具有发展前景的阳极材料”，引领了该领域的研究前沿。(2)SOFC单电池制备技术：发明了氧化锆基电解质(YSZ)三步烧结低温致密化方法，比通常的烧结温度降低100～350℃，获得了亚微米(0.1～1μm)细晶粒致密电解质，电导率提高了20%～40%；教育部成果鉴定专家委员会一致认为“该技术达到国际领先水平”。发明了异质、异构、多层薄膜共烧结技术，实现了多种构型(电解质支撑、阳极支撑、一体化电池等)工业尺寸(10cm×10cm，20cm×20cm)单电池量产，丹麦DTU测试表明性能优良，向国内外市场批量提供了产品。(3)SOFC发电模块集成技术：发明了低膨胀系数、耐高温、抗氧化的铁基合金体系，实现了与YSZ电解质热膨胀系数相匹配。发展了陶瓷电池表面金属化处理工艺，实现了陶瓷电池与金属连接体之间异相可靠封接，集成的发电模块在系统中稳定运行，向市场提供了产品，并在德国于利希研究中心测试验证了其可行性。 集成所有产业链技术，设计并构建了国内首台自主点火、独立运行的千瓦级SOFC发电系统，在不同领域进行了应用示范，实现了循环稳定运行。 技术经济指标、应用及效益情况：打通了SOFC相关“材料-电池-模块-系统”全产业链，在中国具有破冰之举。实现了四种产品的批量生产和商业供应，推动了SOFC产业在中国的起步和发展。核心技术“氧化物陶瓷低温烧结致密化”和“陶瓷-金属异相封接”广泛应用，相关产品销售收入21亿元，新增利润1.26亿元，经济效益和社会效益显著。