在 AI 算力持续扩张、全球电力供需格局重构的背景下,固体氧化物燃料电池(SOFC)凭借能量转换效率高、燃料兼容性广、无需贵金属催化剂等突出优势,迅速成为清洁能源赛道关注焦点。而支撑体作为 SOFC 核心关键构件,直接决定电池机械强度、组装工艺与电化学输出性能,伴随产业热度持续升温,相关技术研发与产业化进程明显提速。

其中第三代金属支撑型 SOFC(MS-SOFC),依托规模化成本优势、快速启停能力,持续拓宽应用边界,目前已经迈入市场推广示范阶段,多家企业启动小批量电堆对外供货,一场 SOFC 技术路线变革悄然到来。
按照支撑结构划分,SOFC 主要分为三大技术路线:电解质支撑型 SOFC(ES-SOFC)、电极支撑型 SOFC(AS-SOFC 阳极支撑、CS-SOFC 阴极支撑)、金属支撑型 SOFC(MS-SOFC)。三代技术路线在原理、制备工艺、运行特性上差异显著。


图源官方发布:青岛质子动力生产线
第一代电解质支撑型 SOFC,是最早实现研发与示范应用的技术路线,运行稳定
性优异,千瓦级系统示范表现良好。但支撑层内阻偏高,需要 800~1000℃高温才能实现理想发电性能。高温工况进一步推高材料成本,同时增大封接工艺难度,海外代表企业为 Bloom Energy。

第二代电极支撑路线以阳极支撑型 SOFC(AS-SOFC)为主流。依靠高导电多孔电极作为支撑基体,有效降低工作温度、减少欧姆极化,适配低成本连接体材料,功率密度表现突出,国内三环集团持续迭代阳极支撑电堆,产品历经多轮优化,功率密度实现翻倍,处于国内领先梯队。 但阳极支撑路线存在难以回避的短板:当使用碳氢燃料运行时,镍基阳极极易发生积碳,破坏阳极微观结构,影响电池长期稳定性。
面向低成本、高可靠、可快速启停、适合大规模量产的产业需求,第三代金属支撑 MS-SOFC 应运而生。 该路线最大创新在于将传统陶瓷支撑替换为金属支撑基体。金属支撑具备优异断裂韧性与导热性能,抗热冲击、耐冷热循环;更易于实现大面积薄片制备与堆叠集成,适配车载辅助动力单元、移动电源、特种电源等对启动速度、机械可靠性要求严苛的场景。 MS-SOFC 从底层重构 SOFC 工程化方案,规模化量产之后成本优势突出;运行温度下探至 500–700℃,解决传统 SOFC 启动缓慢痛点,能够响应负荷波动与频繁启停需求。

国际层面,Ceres Power 深耕金属支撑技术多年;韩国斗山采用该技术与 Reverion 签署总额约 5.1 亿元人民币 SOFC 电堆供货订单。国内,潍柴动力与 Ceres Power 协同推进技术落地;武汉福赛尔已完成金属支撑单电池、F300 系列电堆与便携式电源开发,相关小电堆逐步对外推广;广州合之源完成新一代金属支撑电池片研发,持续推进组堆验证与市场探索。多家企业反馈,现阶段采购客户最看重 MS-SOFC 独有的快速启动特性,这是阳极支撑电堆难以实现的性能指标。 行业共识显示:过去数年 MS-SOFC 研发重心在于验证工程可行性,当前行业正式进入商业示范阶段,核心目标是落地场景验证、找准差异化应用赛道。
从结构原理来看,MS-SOFC 属于外部支撑构型,金属基体承担全部机械载荷,电极、电解质等功能层尽可能薄化。一方面降低欧姆阻抗,提升发电性能;另一方面减轻陶瓷功能层机械负荷,实现中温稳定运行。 如果说传统 SOFC 优化重心集中在材料体系迭代,MS-SOFC 则攻克另一项产业难题:如何制造更薄、更坚固、性价比更高、适配频繁启停、适合规模化制造的燃料电池。 目前行业已经在 Ni-Fe、Fe-Cr、铁素体不锈钢等金属支撑体系取得阶段性突破,多条路线实现数百至数千小时稳定运行,技术由实验室验证迈向性能优化与长时可靠性同步验证阶段。

图源:设备厂家DRON德龙-电池流延产线
不少从业者容易简单理解为 “仅更换基底材料”,事实上引入金属基体后,金属氧化、铬挥发、界面固相反应、热膨胀匹配、多孔结构长期稳定性等一系列难题同步凸显。MS-SOFC 产业化绝非简单替换基材,需要材料配方、电化学设计、热管理、精密制造工艺多维度协同平衡,技术门槛较高。 业内企业坦言:MS-SOFC 整体开发难度显著高于阳极支撑路线;阳极支撑电池片制备难度低、堆叠成堆难度大;金属支撑路线恰恰相反,单电池片制备挑战极高,电堆集成难度相对更低。
无论阳极支撑路线还是新兴金属支撑路线,高品质陶瓷功能层、多孔支撑层生坯成型,都高度依赖精密流延工艺。流延成型是 SOFC 支撑层、阳极、电解质薄膜量产的核心工艺,对浆料均匀性、膜厚精度、素坯致密度、孔隙结构控制要求严苛。 德龙流延机针对 SOFC、SOEC 陶瓷膜层开发专属工艺方案,可稳定完成阳极支撑层、功能层精密涂布成型,适配研发试样与连续量产需求,为 AS-SOFC、MS-SOFC 配套陶瓷膜层批量制备提供可靠装备支撑,助力国内 SOFC 产业链加速实现工艺自主化。

展望未来,多条技术路线将长期并行发展。MS-SOFC 凭借独特性能优势,有望在移动电源、分布式备用电源、特种供电场景打开增量市场。随着制造工艺持续成熟、核心装备国产化推进,国内金属支撑型 SOFC 有望迎来新一轮产业化提速窗口。