固体氧化物燃料电池（SOLID 氧化物 燃料 Cell，简称SOFC），是一种清洁高效的生物能源转换技术，其能源转化率可以达到60%，与热电联产机组（Combined 热学 and 功率 Units，CHPs）组网使用，能源转化效率可高达85%。SOFC除了可以使用氢气作为燃料外，还可以使用沼气、天然气甚至复杂的碳氢化合物作为燃料。

SOFC属于第三代燃料电池，是一种在高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的新型发电装置。当SOFC燃料为氢气时，在电流产生过程中唯一的副产物是水。SOFC也可以利用碳氢化合物，例如甲烷或一氧化碳作为燃料，发电过程所产生的副产物除水之外还有二氧化碳（CO2）。使用SOFC技术将碳氢化合物转为电能的过程比使用传统的内燃机更环保，由于SOFC发电过程不受卡诺循环（Carnot cycle）的限制，因此可以达到更高的转化效率。

2023年2月1日， 中国首套自主知识产权、自主设计研发和生产的固体氧化物燃料电池（SOFC）热电联供系统在江苏徐州华清京昆能源有限公司举行产品下线仪式。

在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池。近些年来，分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染的环境效益。

常压运行的小型SOFC发电效率能达到45%-50%。高压SOFC与燃气轮机结合，发电效率能达到70%。国外的公司及研究机构相继开展了SOFC电站的设计及试验，100kW管式SOFC电站己经在荷兰运行。Westinghouse公司不但试验了多个kW级SOFC，而且正在研究MW级SOFC与燃气轮机发电系统。日本的三菱重工及德国的西门子股份公司公司都进行了SOFC发电系统的试验研究。

一般的SOFC发电系统包括燃料处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元。图一是一个以天然气为燃料、常压运行的发电系统。空气经过压缩器压缩，克服系统阻力后进入预热器预热，然后通入电池的阴极。天然气经过压缩机压缩后，克服系统阻力进入混合器，与蒸汽发生器中产生的过热蒸汽混合，蒸汽和燃料的比例为，混合后的燃料气体进入加热器提升温度后通入燃料电池阳极。阴阳极气体在电池内发生电化学反应，电池发出电能的同时，电化学反应产生的热量将未反应完全的阴阳极气体加热。阳极未反应完全的气体和阴极剩余氧化剂通入燃烧器进行燃烧，燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料和空气之外，也提供蒸汽发生器所需的热量。经过蒸汽发生器后的燃烧产物，其热能仍有利用价值，可以通过废热回收装置提供热水或用来供暖而进一步加以利用。

固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等，是其广泛应用的基础。

固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质(electrolyte)、阳极或燃料极(anode，燃料 电极)、阴极或空气极(cathode，air electrode)和连接体(interconnect)或双极板(bipolar 分离器)组成。

固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O得到电子变为O，在化学势的作用下，O进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。

单体电池只能产生1V左右电压，功率有限，为了使得SOFC具有实际应用可能，需要大大提高SOFC的功率。为此，可以将若干个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组。SOFC组的结构主要为：管状(tubular)、平板型(planar)和整体型(unique)三种，其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为SOFC的发展趋势。

SOFC与第一代燃料电池(磷酸型燃料电池，简称PAFC)、第二代燃料电池(熔融碳酸根燃料电池，简称MCFC)相比它有如下优点：(1)较高的电流密度和功率密度；(2)阳、阴极极化可忽略，彼化损失集中在电解质内阻降；(3)可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；(4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题；(5)能提供高质废热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统；(6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态结构；(7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。

除了燃料电池的一般优点外，SOFC还具有以下特点：对燃料的适应性强，能在多种燃料包括碳基燃料的情况下运行；不需要使用贵金属催化剂；使用全固态组件，不存在对漏液、腐蚀的管理问题；积木性强，规模和安装地点灵活等。这些特点使总的燃料发电效率在单循环时有潜力超过60%，而对总的来说体系效率可高达85%，SOFC的功率密度达到1MW/M3，对块状设计来说有可能高达3MW/M3。事实上，SOFC可用于发电、热电回用、交通、空间宇航和其他许多领域，被称为21世纪的生物能源。

固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化石油气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等手机移动电源，都有广阔的应用前景。

固体氧化物燃料电池的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。早期开发出来的SOFC的工作温度较高，一般在800～1000℃。科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电池，其工作温度一般在800℃左右。一些国家的科学家也正在努力开发低温SOFC，其工作温度更可以降低至650～700℃。工作温度的进一步降低，使得SOFC的实际应用成为可能。

2023年2月18日，全球首款大功率金属支撑商业化SOFC（固体氧化物燃料电池）产品在山东济南发布。

1、启动时间长。

因操作温度在650～1000℃，为保护电池组件，升温速率不能太快，5-10℃每分钟升温，启动时间在65分钟至200分钟；

2、成本高

常用电极材料含贵金属、ree，导致原料成本高；

3、寿命

固体氧化物燃料电池的寿命仍需考证。