AI能源破局者！SOFC将成数据中心“新电王”

电子发烧友网报道（文/黄山明）随着AI技术的发展，可预见的未来，包括新能源汽车、智能家居、机器人等产品，都会引入AI的参与，这刺激了AI数据中心需求的爆炸式增长。但也带来了一个巨大的问题，传统电网的供电效率低，而AI数据中心耗电率高，导致能源供给反而成为产业跃迁的掣肘。

既然传统的供电方案无法匹配AI算力高密度、高稳定性的需求，自然要寻找市场中的新技术来满足这个新需求。SOFC（固体氧化物燃料电池）技术特性不仅契合数据中心的能源刚需，发电效率与热电联供效率远超传统技术，并且还没有燃烧的电化学反应模式，解决了污染排放问题，匹配数据中心绿色高效的发展方向。

历经一个多世纪，SOFC即将商业化

SOFC是可以在极高温度下工作的聚合物燃料电池，效率可以达到65%-80%，工作温度可达650-1000℃左右，因此反应活性极高。简单说SOFC是一种在中高温下将各种燃料气体的化学能高效地转化为电能的全固态燃料电池。

而在整个转化过程中，没有燃烧，也没有转动的零件，安静又干净，发电效率还比很多传统发电（40%左右）方式高。因为用的是固体材料（比如陶瓷）做电解质和电极，所以叫固体氧化物燃料电池。

SOFC技术的发明比很多人想的都要早，1899年，来自德国的化学家Nernst发现由85%氧化锆和15%氧化钇构成的固态氧离子导体，开启了SOFC研究的先河，验证了固体电解质传导氧离子的可行性。

不过直到1937年，瑞士科学家Baur与Preis才在Nernst研究基础上，成功研制出首个可工作的SOFC，但受限于材料性能，电流密度仅达到1mA/cm?。

到了上世纪50年代，美国西屋电气公司（Westinghouse）才开始正式展开对SOFC的商业化研究。1962年，西屋电气首次在“套筒接头”电堆中验证阴极支撑型管式SOFC设计，采用钙掺杂二氧化锆多孔支撑管，为后续SOFC的发展奠定了一定的技术基础。

随着1977年电化学气相沉积（EVD）技术的发明，西屋公司利用该技术开发了0.4-200千瓦的发电系统，但EVD工艺成本高达每千瓦3000美元，且需在高温（1000℃）下操作，商业化非常困难。并且，这个时期的SOFC的电解质材料主要采用钇稳定氧化锆（YSZ），电极材料还在不断探索中。

到20世纪90年代末和2000年代初，由于纳米粉末制备技术的发展，电极材料的机械性能得到显著提高，使得电极支撑型电池得以实现。1998年，西门子收购西屋后，开始用大气等离子喷涂（APS）替代EVD工艺，降低成本。

2000年前后，包括欧洲、日本、澳大利亚齐推平板式，让SOFC功率密度提升3-5倍，但这一技术仍然停留在示范阶段。

2001年美国企业BloomEnergy成立，推出首代EnergyServer系统，效率达到60%，到了BloomEnergy第五代系统效率可达65%，结合余热回收综合效率超90%。

近几年，美国加州部署500MWSOFC电站，韩国2021年装机量达605MW。到了今年BloomEnergy宣布与甲骨文开展合作将为其在美国的部分数据中心部署现场燃料电池系统，并承诺在90天内为甲骨文的第一个数据中心供电。7月30日，BloomEnergy公布25Q2业绩，二季度公司实现收入4亿美元，同比大涨20%，毛利率达28.2%。

2024年以来，海外数据中心采用SOFC作为电源的案例逐渐增加，受到数据中心建设加速带动，市场预期SOFC需求也有望出现爆发性增长，相关公司业绩有望快速释放。

作为一种高效清洁的能源转换装置，SOFC被国际多个国家与地区视为一种战略储备技术，并且在政策的支持下发展迅速。SOFC技术在美、日为代表的发达国家已日趋成熟，已开始进入商业化应用初级阶段。

自主发展的中国SOFC

由于国外的SOFC技术和产业一直对中国实施封锁，因此中国只能走自主开发的道路。我国对SOFC相关关键材料和基础科学研究起始于2007年，但由于此项研究的难度极高并且投入巨大，因此让不少国内企业望而却步。

好在国内不少机构在今年技术上有了不小的突破，例如中国科学院大连化学物理研究所开发了大尺寸阳极支撑管式SOFC，单管功率密度达0.25瓦/平方厘米（800℃），并通过真空辅助浸涂技术修复电解质膜缺陷，使单电池寿命超1万小时。

SOFC产业链与PEMFC类似，主要包括单电池及上游材料、SOFC电堆及BOP、系统集成和应用部分，近十年国内SOFC发展迅速，尤其在电堆及供应链部分表现尤为突出。

在电池材料、单电池、电堆方面，中国已具备世界先进水平，包括美国、日本、德国等产业相关公司的部分原材料采自中国。例如三环集团已经成为BloomEnergy电解质隔膜核心供应商，占其份额达80%。

不过在辅助系统BOP上，包括预重整器、加热器、压缩机、电压调节器、逆变器、换热器等，国内还没有专业生产公司，导致部分SOFC用户需要向外定制，也导致SOFC的成本居高不下。但对于国内市场而言，这一块是还没有被探索的蓝海，市场巨大。

在企业方面，三环集团是国内最早研发SOFC的公司，已经实现了210kW示范级项目验收，出货量最大的是电解质隔膜、单电池，同时具备电堆量产能力。

此外潍柴动力在2018年5月战略投资全球领先的SOFC技术公司英国CeresPower，成为其最大股东，并与其携手在中国潍坊成立合资公司，在固态氧化物燃料电池领域展开全面合作。

还有如中弗新能源在2018年于无锡建立了一条电池片的连续化工业生产线，年产能力在3MW。2020年，实现了电池和电堆的工业化量产，同年在无锡建成了一个SOFC超级充电站，目前已经对外试运营，自主化超过90%。该公司的系统发电效率在国内处于领先水平，实验室最长运行接近3000小时，理论寿命超过4万小时。

华清京昆则是在国内率先实现了SOFC关键材料、电池核心元件、电堆模块集成及独立发电系统技术知识产权全产业链技术贯通，完成了国内首个15kWSOFC示范项目，建成国内首条SOFC自动化生产线，是我国第一家SOFC走向产业化生产的企业。目前，年产电池片100万片、电堆4万套、重整设备1500套，总年产能25MW。

浙江氢邦则是由中科院宁波材料在2019年所孵化的一家企业，专注于电堆的开发与制造，已经实现了kW级电堆的研制和小批量的制造。近期，氢邦科技朱雀系列SOFC电堆正式投产，成为国内仅有的三五家掌握固体氧化物燃料电池电堆核心技术的企业之一。

顺络电子则通过控股子公司信柏陶瓷与臻泰能源合作成立柏泰公司，专注于新型高温燃料电池核心技术研发及产品（氧化锆复合功能陶瓷片）的生产和销售。

写在最后

当前固态电池的产业化仍需一定时间，业内预计基本在2030年实现。而SOFC的国际技术已经相对成熟，并且国内相关机构与企业推进迅速。有业内人士认为，目前SOFC的发展现状类似2008年至2009年的国内动力电池所处的发展阶段。

或许在全球能源转型与科技变革的浪潮中，SOFC并不是唯一解决方案，但绝对是极具潜力的方向之一。伴随着AI数据中心需求的不断上升，兼具高效、低碳优势的SOFC有望成为未来国内替代传统供电方案的关键技术之一。