行业需求

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells, SOFC）是实现电能-化学能之间高效转换的能量转换装置。与已初步实现规模化应用的碱性和质子交换膜燃料电池相比，具有能量转换率高、发电/电解可逆、燃料适应性强、高温余热可回收等优点。在大型固定式发电、家用分布式发电及热电联供、交通运输及调峰储能等领域具有广阔的应用前景。大力发展采用以氢为主体的固体氧化物燃料电池技术将有助于推动我国能源供给侧结构性改革，加速实现碳达峰、碳中和能源技术改革目标。一直以来，SOFC技术被美日欧等发达国家所垄断。我国SOFC技术的科学研究起步较晚，多年来虽取得了一定研究成果，但主要偏向于新材料开发，与实际应用相结合的关键技术研究相对薄弱，致使产业化进程缓慢，迄今尚未形成规模化电堆的商业化应用。自主研发并掌握SOFC核心技术，推动其产业化应用，意义重大。

拟解决的问题

为达到产业化要求，需将多个单电池封装成堆，以达到更大的功率。电堆性能对工艺及结构参数选择敏感，微小的操作与结构差异将在高温环境下快速放大，影响组堆后的电池性能，对电堆的操作与结构设计提出了较高要求。

（1）标准电堆结构设计

在有限空间内进行电堆内部的电池合理排列布置，实现更大的体积功率密度。研究适合高温环境的密封设计，保证电堆气密性的同时考虑热应力对结构的影响。

（2）电堆热管理技术设计

温度变化是决定电堆性能核心指标的决定性因素，研究电堆的热管理技术和大堆自持热平衡机制，建立电堆及保温层换热模型，优化电堆内部热量分布。

（3）电堆气路分配与流场设计

气体除作为反应介质外，还兼具载热作用，起到电堆加热、冷却和换热作用，对整堆的平均温度、功率、响应速度和寿命等均存在重要影响。定量评估电堆设计中的气路分配和流场方案，围绕不同操作模式进行流场优化。

（4）电堆集流设计

实际运行中由于电堆结构以及内部气体分布、温度分布和压降都存在不均匀性，无法实现电堆性能为电池的线性总和，引入集流结构可以提高电堆性能。如何改善集流设计从而降低接触电阻，提高集电效率，是提升电堆整体输出性能的有效途径。

具体指导老师

洪伟荣