氧离子导体,是具有氧离子迁移特性的化合物,主要用作高温燃料电池、电解池的固体电解质,具备高氧离子传导性、低电子传导性特征。
固体氧化物燃料电池(SOFC),是第三代燃料电池,将化学能转化为电能,由阳极、阴极、电解质组成,按照电解质类型来划分,可以分为氧离子导体SOFC、质子导体SOFC,目前技术相对成熟、应用更为广泛的是氧离子导体SOFC。
固体氧化物电解池(SOEC),将电能转化为化学能,同样也可以根据电解质种类来划分,分为氧离子传导型SOEC、质子传导型SOEC,氧离子传导型SOEC(O-SOEC)技术难度相对较低,更易于实现,目前在我国商业化试运营的项目主要是O-SOEC。
由SOFC、SOEC行业发展来看,氧离子导体研发应用重要性突出。根据新思界产业研究中心发布的
《2024-2029年中国氧离子导体行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,氧离子导体通常制造为隔膜形式,隔开阴极与阳极,并在二者之间进行氧离子传导。氧离子导体同时接触阴极材料、阳极材料,需要具备良好兼容性,还会接触燃料气、空气/氧气、水蒸气,并且工作在高温环境中,降解严重,需要良好的高温稳定性、抗氧化还原性以及长使用寿命。
氧离子导体材料主要包括萤石结构氧化物陶瓷、钙钛矿结构氧化物陶瓷两大类。萤石结构氧化物陶瓷材料主要有ZrO2(氧化锆)、CeO2(氧化铈)等,为进一步提高氧离子传导性,需添加其他化合物进行掺杂,例如氧化钇(Y2O3)稳定氧化锆、氧化钪(Sc2O3)稳定氧化锆;钙钛矿结构氧化物陶瓷材料主要有LaGaO3(镓酸镧)等,通常也需要采用掺杂、表面修饰等工艺进行性能提升。
现阶段,氧化钇稳定氧化锆(YSZ)凭借优良的机械强度、耐高温性、化学稳定性等优点,成为氧离子导体中研究最为深入、应用最为广泛的产品类型,通常采用纯度≥99.9%的8YSZ纳米粉体(即8mol%氧化钇稳定氧化锆)。此外,氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)氧离子传导率更高,也受到关注。
新思界
行业分析人士表示,预计2025年,全球SOFC市场规模将达到29.2亿美元,2020-2025年复合年均增长率将达到30%,呈现迅猛增长态势,在我国SOFC市场中,已有潍柴动力、潮州三环等企业进行布局。在海外,已有SOEC项目商业化运行,在我国,SOEC技术研究不断深入,但未实现商业化,仍处于小规模示范阶段,相关布局企业有华科福赛、翌晶能源等。氧离子导体未来市场增长空间大。