一、平台概述与定位​

      固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换装置，在分布式能源、交通运输、便携式电源等领域具有广阔的应用前景。然而，SOFC 的性能优化、寿命评估以及可靠性验证是其实现商业化推广的关键瓶颈，这就需要一个高效可靠的 SOFC 评价平台来提供全面、精准的测试数据支持。​

      SOFC 评价平台的核心定位在于，能够模拟不同工况条件（如温度、压力、燃料成分、电流密度等），对 SOFC 单电池、短堆及电堆的性能、稳定性、耐久性以及安全性进行系统且全面的评价。同时，该平台还应具备数据采集、分析、存储与共享的功能，为科研人员开展 SOFC 材料研发、结构设计以及系统集成提供可靠的实验依据，加速 SOFC 技术的迭代与产业化进程。​

二、构建 SOFC 评价平台的关键技术​

（一）电性能测试技术​

      电性能是衡量 SOFC 性能的核心指标，其测试技术的准确性与稳定性直接决定了评价平台的可靠性。​

1. 极化曲线测试技术：通过改变电流密度，测量对应的电池电压，绘制极化曲线，从而获取 SOFC 的开路电压（OCV）、最大功率密度、欧姆极化、活化极化以及浓差极化等关键参数。为确保测试精度，需采用高精度的电子负载与电压采集模块，同时严格控制测试过程中的温度、燃料与氧化剂的流量及纯度，避免外界因素对测试结果的干扰。例如，在测试过程中，可采用质量流量控制器精确控制氢气、空气的流量，误差控制在 ±0.1% 以内；采用高精度热电偶实时监测电池温度，温度控制精度达到 ±1℃。​

2. 阻抗谱测试技术（EIS）：电化学阻抗谱技术能够深入分析 SOFC 内部的电极反应动力学、离子传输过程以及界面现象等。通过施加小幅值的交流扰动信号，测量电池的阻抗响应，得到阻抗谱图，进而解析出电池的欧姆阻抗、电极极化阻抗等参数。在实际应用中，需选择合适的频率范围（通常为 10⁻²～10⁵Hz），并采用先进的阻抗谱分析软件（如 ZView、Nova 等）对测试数据进行拟合与分析，以准确提取 SOFC 内部的电化学信息。​

3. 长期稳定性测试技术：SOFC 的寿命通常要求达到数千甚至数万小时，因此长期稳定性测试是评价平台不可或缺的功能。该技术需要实现对 SOFC 在恒定工况（如恒定电流密度、温度、燃料成分）下的电压、电流、温度等参数的长期连续监测，监测周期可长达数百甚至数千小时。为保证测试的可靠性，需采用高稳定性的测试设备，同时对测试系统进行严格的密封与保温设计，防止燃料泄漏与温度波动对测试结果的影响。此外，还需定期对测试数据进行备份与分析，及时发现电池性能衰减的趋势与原因。​

（二）微观结构与成分分析技术​

      SOFC 的性能与微观结构（如电极孔隙率、晶粒尺寸、界面结合状态等）及成分密切相关，因此微观结构与成分分析技术是深入理解 SOFC 性能衰减机制、优化电池结构的关键。​

1. 扫描电子显微镜（SEM）技术：SEM 能够清晰地观察 SOFC 电极、电解质的表面形貌与截面结构，获取电极孔隙率、晶粒尺寸、界面结合状态等微观结构信息。通过对新鲜电池与老化后电池的 SEM 图像进行对比分析，可以直观地观察到电池在长期运行过程中微观结构的变化（如电极烧结、孔隙堵塞、界面反应层的形成等），为分析电池性能衰减原因提供直接的实验依据。​

2. X 射线衍射（XRD）技术：XRD 主要用于分析 SOFC 材料的晶体结构、物相组成以及晶粒尺寸。通过 XRD 测试，可以确定 SOFC 电极、电解质材料的物相纯度，检测电池在制备过程或长期运行过程中是否产生新的杂质相（如电极与电解质之间的反应产物），进而评估材料的稳定性。此外，利用谢乐公式还可以通过 XRD 图谱计算材料的晶粒尺寸，分析晶粒生长对电池性能的影响。​

3. 能量色散 X 射线光谱（EDS）技术：EDS 与 SEM 或 TEM（透射电子显微镜）联用，能够对 SOFC 材料的元素组成与分布进行分析。通过 EDS 测试，可以确定电极、电解质材料中各元素的含量，检测元素在界面处的扩散情况（如阴极材料中的 Sr 元素向电解质扩散），进而分析界面反应的发生机制，为优化电池材料组成与制备工艺提供指导。​

（三）热管理与工况模拟技术​

      SOFC 的运行温度较高（通常为 600～1000℃），且对温度分布的均匀性要求较高，同时燃料成分、压力等工况参数也会显著影响 SOFC 的性能，因此热管理与工况模拟技术是确保评价平台能够准确模拟实际应用场景的关键。​

1. 高精度温度控制技术：该技术需要实现对 SOFC 测试区域温度的精确控制与均匀分布。通常采用管式炉或箱式炉作为加热装置，配备多段式加热丝与高精度温度控制器，通过分区加热与温度反馈调节，使电池测试区域的温度均匀性控制在 ±2℃以内。同时，为了模拟 SOFC 在不同温度下的性能，温度控制范围应覆盖 SOFC 的典型运行温度区间（600～1000℃），且升温速率可调节（如 0.5～5℃/min），以满足不同测试需求。​

2. 燃料与氧化剂成分调节技术：SOFC 的燃料可以是氢气、甲烷、乙醇等多种气体，氧化剂通常为空气或纯氧，且燃料与氧化剂的成分比例会显著影响电池的性能与寿命。因此，评价平台需要具备燃料与氧化剂成分精确调节的功能。采用质量流量控制器分别控制不同气体（如氢气、氮气、空气、甲烷等）的流量，通过调节各气体的流量比例，实现对燃料与氧化剂成分的精确控制，成分调节精度可达到 ±0.5%。同时，为了模拟实际应用中燃料的杂质情况（如含有少量 CO、H₂S 等），还可以通过添加微量杂质气体的方式，评估杂质对 SOFC 性能的影响。​

3. 压力控制技术：SOFC 在实际应用中可能运行在不同的压力环境下（如常压、加压），压力的变化会影响电池内部的气体扩散速率与反应动力学，进而影响电池性能。因此，评价平台需要具备压力控制功能，采用压力传感器与压力调节阀组成闭环控制系统，实现对测试系统内压力的精确控制，压力控制范围可覆盖常压至 0.5MPa，压力控制精度达到 ±0.005MPa。​

（四）数据采集与处理技术​

      SOFC 评价平台在测试过程中会产生大量的实验数据（如电压、电流、温度、压力、气体流量等），高效的数据采集与处理技术是确保测试数据准确性、完整性与可用性的关键。​

1. 高速数据采集技术：采用高精度的数据采集卡（DAQ）与传感器，实现对各项测试参数的高速、同步采集。数据采集频率应根据测试需求进行调整，对于电性能测试，电压与电流的采集频率通常不低于 1kHz，以确保捕捉到电池性能的瞬时变化；对于温度、压力等参数，采集频率可设置为 10～100Hz。同时，数据采集系统应具备良好的抗干扰能力，采用屏蔽电缆与接地处理，减少外界电磁干扰对测试数据的影响。​

2. 数据存储与管理技术：建立完善的数据库系统，对采集到的实验数据进行规范化存储与管理。数据库应具备数据分类、检索、备份与恢复功能，方便科研人员快速查询与调用所需数据。同时，为了保证数据的安全性与可追溯性，应对数据进行加密存储，并记录数据采集的时间、操作人员、测试条件等相关信息，形成完整的数据档案。​

3. 数据分析与可视化技术：采用先进的数据处理软件（如 Matlab、Origin、Python 数据分析库等）对采集到的实验数据进行分析与处理。通过数据拟合、统计分析、特征提取等方法，从大量的数据中提取出有用的信息（如电池性能衰减速率、阻抗谱特征参数等），并以图表（如极化曲线、阻抗谱图、长期稳定性曲线等）的形式进行可视化展示，使科研人员能够直观地了解 SOFC 的性能变化规律。此外，还可以利用机器学习算法对大量的测试数据进行挖掘与分析，建立 SOFC 性能预测模型，为 SOFC 的性能优化与寿命评估提供更高级的技术支持。​

三、SOFC 评价平台的系统设计考量​

（一）硬件系统设计​

1. 测试单元设计：测试单元是 SOFC 评价平台的核心部分，主要包括电池夹具、加热装置、气体供应系统与电气测试系统。电池夹具应根据 SOFC 的尺寸与结构进行定制设计，确保电池与电极的良好接触，同时便于电池的安装与拆卸。加热装置采用管式炉或箱式炉，具备多段式加热功能，实现对电池测试区域温度的精确控制与均匀分布。气体供应系统由气体钢瓶、减压阀、质量流量控制器、气体混合器与气体管路组成，确保燃料与氧化剂的稳定供应与精确配比。电气测试系统包括高精度电子负载、电化学工作站、数据采集卡与传感器，实现对 SOFC 电性能参数的精确测量与数据采集。​

2. 辅助设备设计：辅助设备包括真空系统、冷却系统与安全防护设备。真空系统用于在测试前对气体管路与测试腔进行抽真空处理，去除管路内的空气与杂质，防止对测试结果产生干扰。冷却系统用于对测试过程中产生的热量进行散热，确保测试设备与系统的稳定运行，通常采用水冷或风冷的方式。安全防护设备包括气体泄漏检测仪、温度报警器、压力安全阀等，当系统出现气体泄漏、温度过高或压力异常等情况时，能够及时发出警报并采取相应的保护措施，确保测试过程的安全性。​

（二）软件系统设计​

1. 控制软件设计：控制软件是实现 SOFC 评价平台自动化控制的核心，应具备友好的人机交互界面，方便操作人员设置测试参数（如温度、电流密度、气体流量、测试时间等）、启动与停止测试过程，并实时监控测试系统的运行状态。控制软件采用模块化设计，包括温度控制模块、气体流量控制模块、电气测试控制模块与安全监控模块，各模块之间通过数据接口进行通信，实现协同工作。同时，控制软件应具备良好的稳定性与可靠性，采用故障诊断与容错机制，当系统出现故障时，能够及时进行报警并采取应急处理措施，避免设备损坏与测试数据丢失。​

2. 数据处理软件设计：数据处理软件应具备数据采集、存储、分析、可视化与报告生成等功能。数据采集模块实时接收来自数据采集卡的测试数据，并将数据存储到数据库中；数据分析模块采用多种数据处理算法对测试数据进行分析与处理，提取有用的特征参数；数据可视化模块以图表的形式展示测试数据与分析结果，方便科研人员直观地了解 SOFC 的性能变化规律；报告生成模块能够根据测试数据与分析结果自动生成测试报告，报告内容包括测试目的、测试条件、测试结果、数据分析与结论等，支持报告的导出与打印。​

（三）安全与可靠性设计​

1. 安全设计：SOFC 评价平台涉及高温、高压、易燃气体（如氢气）等危险因素，因此安全设计至关重要。首先，在气体供应系统中设置气体泄漏检测仪，当检测到气体泄漏时，立即关闭相关阀门，并发出声光报警；在加热装置中设置温度超温保护装置，当温度超过设定值时，自动切断加热电源，防止设备过热损坏。其次，测试单元采用防爆设计，避免因气体泄漏引发爆炸事故；电气系统采用接地保护与过载保护，防止电气故障引发触电事故。此外，还应制定完善的安全操作规程，对操作人员进行专业的安全培训，确保操作人员熟悉系统的安全性能与操作流程，能够正确应对突发安全事件。​

2. 可靠性设计：为确保 SOFC 评价平台能够长期稳定运行，需进行可靠性设计。首先，在硬件选型上，选择性能稳定、质量可靠的元器件与设备，优先采用经过市场验证的成熟产品，减少因元器件质量问题导致的系统故障。其次，在系统结构设计上，采用模块化设计与冗余设计，模块化设计便于系统的维护与升级，当某个模块出现故障时，只需更换相应的模块即可恢复系统运行；冗余设计用于关键设备与参数的监测，如对温度、压力等关键参数采用双传感器监测，当其中一个传感器出现故障时，另一个传感器能够继续工作，确保测试数据的连续性与可靠性。此外，还应建立定期维护与检修制度，对系统的硬件设备与软件系统进行定期检查、维护与更新，及时发现并排除潜在的故障隐患，延长系统的使用寿命。​

四、平台实施路径与展望​

（一）实施路径​

1. 需求分析与方案设计阶段：首先，深入调研科研机构、企业对 SOFC 评价平台的测试需求，明确平台的测试功能、性能指标、适用范围等关键参数。然后，根据需求分析结果，制定详细的平台设计方案，包括硬件系统架构、软件系统功能、安全与可靠性设计方案等，并组织专家对设计方案进行评审，确保方案的可行性与合理性。​

2. 硬件采购与系统集成阶段：根据设计方案，采购所需的硬件设备与元器件，如电子负载、电化学工作站、管式炉、质量流量控制器、数据采集卡等。在硬件采购过程中，严格按照质量标准进行验收，确保采购的设备与元器件符合设计要求。然后，按照系统架构设计方案，进行硬件设备的安装、调试与系统集成，实现各硬件设备之间的协同工作。同时，对系统的电气性能、温度控制精度、气体流量控制精度等进行测试与校准，确保系统的硬件性能达到设计指标。​

3. 软件开发与调试阶段：根据软件系统功能设计方案，进行控制软件与数据处理软件的开发。在软件开发过程中，采用模块化开发方法，逐步实现各功能模块，并进行单元测试与集成测试，确保软件的功能正确性与稳定性。然后，将开发完成的软件与硬件系统进行联调，测试软件对硬件设备的控制能力、数据采集与处理的准确性，以及人机交互界面的友好性。根据联调过程中发现的问题，对软件进行修改与优化，直至软件系统能够满足测试需求。​

4. 平台验证与优化阶段：搭建完成 SOFC 评价平台后，采用标准 SOFC 样品进行平台验证测试，测试平台的电性能测试精度、微观结构分析准确性、热管理与工况模拟能力等。将测试结果与标准数据进行对比分析，评估平台的性能指标是否达到设计要求。根据验证测试过程中发现的问题，对平台的硬件系统与软件系统进行进一步的优化与改进，提高平台的测试精度、稳定性与可靠性。同时，制定平台的操作规程与维护制度，为平台的正式运行做好准备。​

（二）未来展望​

      随着 SOFC 技术的不断发展，对 SOFC 评价平台的要求也将不断提高。未来，SOFC 评价平台将朝着以下方向发展：​

1. 多功能集成化：除了传统的电性能测试、微观结构分析等功能外，未来的 SOFC 评价平台将进一步集成更多的测试功能，如电池的热循环性能测试、振动性能测试、抗冲击性能测试等，以模拟 SOFC 在实际应用中的复杂工况条件，全面评估 SOFC 的可靠性与适应性。​

2. 智能化与自动化：利用人工智能、物联网等先进技术，实现 SOFC 评价平台的智能化与自动化运行。通过引入机器学习算法，实现测试参数的自动优化、测试数据的智能分析与性能预测，提高测试效率与准确性；利用物联网技术，实现对测试平台的远程监控与管理，方便科研人员随时随地获取测试数据与系统运行状态。​

3. 微型化与便携化：针对便携式 SOFC 应用场景的需求，未来将开发微型化、便携化的 SOFC 评价平台，该平台体积小、重量轻、功耗低，能够实现对小型 SOFC 样品的现场测试与评价，为便携式 SOFC 的研发与应用提供便捷的测试工具。​

4. 绿色化与可持续化：在平台的设计与运行过程中，更加注重绿色化与可持续化发展。采用节能型设备与元器件，降低平台的能耗；对测试过程中产生的废气、废水等进行处理与回收利用，减少对环境的污染；推动 SOFC 评价技术的标准化与规范化，促进 SOFC 行业的健康、可持续发展。​

五、总结

      构建高效可靠的 SOFC 评价平台是推动 SOFC 技术发展与产业化应用的重要支撑。通过不断突破关键技术，优化系统设计，加强平台的验证与优化，未来的 SOFC 评价平台将具备更高的测试精度、更广的测试范围、更强的智能化水平，为 SOFC 技术的创新与发展提供更有力的保障。

产品展示

      固态氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC），SOFC所使用的电解质为固态非多孔金属氧化物，通常为三氧化二钇稳定的二氧化锆(Y2O3-stabilized-ZrO2，YSZ)，在650~1000℃的工作温度下氧离子在电解质内具有较高的电导率。阳极使用的材料为镍-氧化锆金属陶瓷（Ni-YSZ），阴极则为锶掺杂的锰酸镧(Sr-doped-LaMnO3，LSM)。

      SOFC 的优势特点：由于电池为全固体的结构，避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电解液泄漏等问题；不用铂等贵金属作催化剂而大大减少了电池成本；SOFC高质量的余热可以用于热电联供，从而提高余热利用率，总的发电效率可达80%以上；燃料适用范围广，从原理上讲，固体氧化物离子导体是最理想的传递氧的电解质材料，所以，SOFC 适用于几乎所有可以燃烧的燃料，不仅可以用气、一氧化碳、甲烷等燃料，而且可直接用天然气、煤气和其他碳氢化合物作为燃料。

      SSC-SOFC80固态氧化物燃料电池评价系统用于评估SOFC单电池或电堆的电化学性能、稳定性及效率，明确关键影响因素（材料、温度、燃料组成等）。该系统能够精确控制操作条件（温度、气体组成、流量等），实时监测电化学性能（电压、电流、阻抗等），并分析反应产物（H₂O、CO₂、O₂等）。本SOFC评价系统设计科学、功能全面，能够满足从材料研究到系统集成的多种测试需求。

      通过高精度控制和多功能测试模块，可为SOFC的性能优化与商业化应用提供可靠的数据支持。

1、测量不同温度（600–900°C）下的极化曲线（I-V-P曲线）及功率密度。

2、分析燃料利用率（H₂/CH₄）对电池效率和输出性能的影响。

3、 通过电化学阻抗谱（EIS）解析欧姆阻抗、活化极化与浓差极化贡献。

4、 评估长期运行（>100小时）中的衰减机制（如阳极积碳、电解质老化）。

5、常用燃料气体：H₂、CH₄、合成气（H₂/CO）、空气（氧化剂）。

6、电化学工作站、电子负载（用于I-V、EIS测试）。

7、气相色谱仪（GC）或质谱仪（燃料利用率分析）。

8、数据采集系统（温度、电压、电流实时记录）。

9、可全面评价SOFC的电化学性能与可靠性，为材料优化和系统集成提供实验依据。