SOFCs的未来研究方向

据外国媒体报道：20世纪60年代，当人类第一次进入太空时，美国宇航局急需一种清洁可靠的航天器供电方式。最终，美国宇航局选择了燃料电池技术。美国航空航天局的载人航天飞行标志着燃料电池的首次商业使用，燃料电池出色的完成了太空任务，并在未来的40多年中发展出了更多的实际应用案例。

与太阳能或风能这些可再生能源不同，燃料电池可以在任何环境中安静有效地运行。它们具有接近于零的排放，并且，与仅储存能量的二次电池不同，燃料电池可以在提供燃料的情况下连续运行。经过特殊的改造，燃料电池可以反向运行，用来生产氢气。

NETL的研究重点是着眼于公共煤电发电事业的固体氧化物燃料电池（SOFCs），这种电池特别低污染和高效率。与现有的化石能源燃烧技术相比，SOFC产生更少的二氧化碳，消耗更少的水，并且在提供相同的电量的情况下使用更少的燃料；SOFC可以使用各种丰富的国内燃料，如氢，煤合成气和天然气。这些优势使SOFC成为几乎完美的清洁能源技术，但是，固体氧化物燃料电池在推向市场前必须克服一些挑战。

工作原理

固体氧化物燃料电池由正极和负极以及夹在其间的电解质组成，可将燃料中的化学能直接转化为电能来产生电力。在催化剂的作用下，电解质和阳极界面的有源区发生化学反应，而电解质则将必需的带电粒子从阴极运到阳极。

固体氧化物燃料电池在高温下运行，这提高了它们的效率，并且还允许它们使用通过煤气化产生的氢气和一氧化碳，以及诸如甲烷这样的重整气。、

反应过程没有机械能损失，所以它们具有高效率。在发电系统中，固体氧化物燃料电池可以将效率提高一倍以上，这意味着它们可以从较少的燃料中提供更多的电力，从而可以能源价格降低。当今最先进的火力发电厂运行效率为32.5%（碳捕获量为90%），相比之下，综合气化燃料电池系统的效率为42.6%，当研发（R&D）目标完成时，这一数字预计将增加到54.1％。若燃料是天然气，能量效率可跃升至70%，这将减少二氧化碳排放，减少水资源的使用，并且为消费者提供更低的能源价格。

推向市场

尽管固体氧化物燃料电池有很多优势，但是它们目前还是没有市场竞争力。给固体氧化物燃料电池带来高效率的高温（700-1000℃）同样需要昂贵的组件和支持系统。固体氧化物燃料电池对其环境敏感，并可能因为金属或其他周边部件而“中毒”。这种中毒效应导致固体氧化物燃料电池失去活性，效率降低。可靠性是这一领域的主要担忧，燃料电池性能随时间退化，严重限制了电池的使用寿命。

NETL正在进行互补性研究工作，分析技术潜力，并建立基于对市场竞争力产生影响最大的关键技术领域的计划目标。公司系统分析出了最佳情况，以确定为了让固体氧化物燃料电池技术与其他电力生产技术具有成本竞争力所需要的研究。

NETL的分析团队与行业合作伙伴一起，确定了为实现基于固体氧化物燃料电池的电厂必须做出的某些性能改进。他们指出，减少电池的衰退是带来最大经济收益的关键需求。

为了更好地研究电池退化，NETL研究人员正在开发一个综合的建模工具，以了解固体氧化物燃料电池的结构与其功能的关系以及这种结构在运行时间内如何演变。他们也在开发创新，以提高SOFC的耐用性，使其工作时间更长。NETL的专利单步电极渗透技术，已经被证明可以提高电池的寿命一倍左右。