SOFC主要包括管型和平板型两种结构，管型的结构是SOFC特有的，尽管这种构型使能量密度受到限制，但是密封上的优势使其首先成功用于商用化的SOFC，著名的例子就是Siemens-Westinghouse公司生产的SOFC电站。按照构筑方式，SOFC单电池可以在支撑材料上制作，例如利用多孔基质或双极连接极板作为支撑体，也可以以电池的某一部分，包括阳极、阴极或电解质作为支撑体。常见的单电池构筑方式如图13-47所示。

图13-47 几种典型的SOFC支撑结构^[113]

1.管型SOFC

3种主要的管型SOFC的构型如图13-48所示。图13-48a为著名的Siemens-Westinghouse

图13-48 几种管型SOFC电池堆结构示意图^[2](www.daowen.com)

设计，每个管为一个单电池，电流流动方向为绕着管壁的环流。早期的设计是在氧化钙稳定的氧化锆多孔支撑管上贮存制作电极和电解质，后来为了降低成本，发展了以空气电极为支撑的结构。在图13-48b所示的SOFC中，电流流动方向沿着管轴，每个管形单电池通过管端头的双极连接相连，为了降低阴极面内的电阻，在阴极上会布上银制的集流线。这一设计的代表公司是Acumentrics，目前该公司的这一设计已经应用于2kW的SOFC电池堆。在图13-48c的设计中，各个单电池在管型的支撑体上分段的制作并以双极连接相连，电流方向沿着管的轴向。采用这一设计的公司包括三菱重工和罗伊斯罗尔斯公司。

管型SOFC在封装简单，这是相对于平板型的一个重大优势。但是管型电池构成电池堆时空间利用率低，从而降低了电池堆的功率密度，为提高空间利用率，可以将单电池制成扁形管。此外电流在阴极流动距离较长，会造成较大的欧姆损失，这也是限制管型SOFC性能的一个重要因素。

2.平板型SOFC

平板型SOFC按照其构筑方式可以分为阳极支撑型、阴极支撑型、电解质支撑型和双极板支撑型，外形有长方形和圆盘形两种。不同的平板型SOFC对流场的处理方式不同，图13-49显示了几种典型的设计，包括长方形边缘的或圆盘内部的沟槽以及鸡蛋托形状的电解质形状。新型的平板型SOFC大多是阳极支撑的，可以减少较为昂贵的阴极材料LSM的用量，三菱重工、Sulzer Hexis等公司开发的平板型SOFC均为阳极支撑的，美国能源部的SE-CA（Solid state Energy Conversion Alliance）项目^[114]也对阳极支撑型的平板型SOFC给予了很大的支持。如前所述，对于平板型SOFC密封是一个很大的挑战，当前性能较好的有平板型单电池构成的电池堆大多采取压合的密封方式。

图13-49 几种平板型SOFC电池堆结构示意图^[3]