面向电氢耦合能源系统的可逆固体氧化物电池研究进展

周峻; 孙跃跃; 李儒欢; 冀承泽; 付磊; 吴锴; 成永红

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (4) : 72 -83.

周峻, 孙跃跃, 李儒欢, 冀承泽, 付磊, 吴锴, 成永红

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摘要

可逆固体氧化物电池(RSOC)是一种能够灵活、高效地实现电能与燃料气化学能双向转换的关键技术，在可再生能源整合和能源存储领域具有巨大潜力，被视为构建电氢耦合能源系统的关键。西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室研究团队长期聚焦于RSOC电氢耦合技术，开展了一系列贯穿材料、电堆与系统层面的系统性研究。在材料层面，针对钙钛矿电极材料发展了原位出溶、熵工程、表面缺陷工程等创新设计方法，结合实验与计算探究了快速电荷转移、缺陷降低出溶势垒等电化学性能提升机制，实验结果表明，可逆固体氧化物单电池的电转氢效率超过90%;在电堆层面，探究了模式切换过程中反应物比例、温度、压强等因素对RSOC动态性能的影响机理，改善反应物分布、引入模糊控制器等优化措施将电流超调抑制99%以上，有效减轻模式切换动态过程的功率波动并提升长期运行稳定性；在系统层面，整合电能、热能、化学能等多重能源，构建了以RSOC为核心的电氢耦合能源系统，使用分段线性化方法优化RSOC的输入输出模型显著降低了计算复杂度，引入RSOC的热备用与停机状态使系统运行成本降低24%。未来，该技术有望在可再生能源消纳、电网调峰、储能等领域得到广泛应用，推动构建清洁低碳、安全高效的能源体系。