氧離子導體,是具有氧離子遷移特性的化合物,主要用作高溫燃料電池、電解池的固體電解質,具備高氧離子傳導性、低電子傳導性特征。
固體氧化物燃料電池(SOFC),是第三代燃料電池,將化學能轉化為電能,由陽極、陰極、電解質組成,按照電解質類型來劃分,可以分為氧離子導體SOFC、質子導體SOFC,目前技術相對成熟、應用更為廣泛的是氧離子導體SOFC。
固體氧化物電解池(SOEC),將電能轉化為化學能,同樣也可以根據電解質種類來劃分,分為氧離子傳導型SOEC、質子傳導型SOEC,氧離子傳導型SOEC(O-SOEC)技術難度相對較低,更易于實現,目前在我國商業化試運營的項目主要是O-SOEC。
由SOFC、SOEC行業發展來看,氧離子導體研發應用重要性突出。根據新思界產業研究中心發布的
《2024-2029年中國氧離子導體行業市場深度調研及發展前景預測報告》顯示,氧離子導體通常制造為隔膜形式,隔開陰極與陽極,并在二者之間進行氧離子傳導。氧離子導體同時接觸陰極材料、陽極材料,需要具備良好兼容性,還會接觸燃料氣、空氣/氧氣、水蒸氣,并且工作在高溫環境中,降解嚴重,需要良好的高溫穩定性、抗氧化還原性以及長使用壽命。
氧離子導體材料主要包括螢石結構氧化物陶瓷、鈣鈦礦結構氧化物陶瓷兩大類。螢石結構氧化物陶瓷材料主要有ZrO2(氧化鋯)、CeO2(氧化鈰)等,為進一步提高氧離子傳導性,需添加其他化合物進行摻雜,例如氧化釔(Y2O3)穩定氧化鋯、氧化鈧(Sc2O3)穩定氧化鋯;鈣鈦礦結構氧化物陶瓷材料主要有LaGaO3(鎵酸鑭)等,通常也需要采用摻雜、表面修飾等工藝進行性能提升。
現階段,氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)憑借優良的機械強度、耐高溫性、化學穩定性等優點,成為氧離子導體中研究最為深入、應用最為廣泛的產品類型,通常采用純度≥99.9%的8YSZ納米粉體(即8mol%氧化釔穩定氧化鋯)。此外,氧化鈧穩定氧化鋯(ScSZ)氧離子傳導率更高,也受到關注。
新思界
行業分析人士表示,預計2025年,全球SOFC市場規模將達到29.2億美元,2020-2025年復合年均增長率將達到30%,呈現迅猛增長態勢,在我國SOFC市場中,已有濰柴動力、潮州三環等企業進行布局。在海外,已有SOEC項目商業化運行,在我國,SOEC技術研究不斷深入,但未實現商業化,仍處于小規模示范階段,相關布局企業有華科福賽、翌晶能源等。氧離子導體未來市場增長空間大。