固體氧化物燃料電池技術破冰 產業鏈卻亟待完善
發布時間:2019-12-12 14:53:30

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種效率高、燃料范圍廣的電化學發電技術,目前處于商業化初期。


歷經15年潛心研發,潮州三環(集團)股份有限公司(以下簡稱三環)研究院突破了SOFC關鍵核心技術,關鍵部件的年出口額已超2億元。不久前,由其牽頭承擔的國家重點研發計劃“固體氧化物燃料電池電堆工程化開發”項目正式啟動實施。


“這是我市首個國家重點研發計劃項目,也是推進我市產業結構轉型升級的一個重要工程。”廣東省潮州市委常委、常務副市長張傳勝表示,這是三環的又一重大創新舉措,也是潮州科技發展的一大亮點。


國內起步不晚,卻難以商業化


“SOFC電轉化效率高達65%以上,而傳統火力發電平均僅約30%;且燃料來源廣泛、綠色環保,被公認為是下一代清潔能源的首選。”研究院副院長陳爍爍介紹說,“SOFC可在數據中心、醫院、機場等分布式能源領域應用,未來在綠色電網還能起到穩定風能、太陽能帶來的電網波動的互補作用。”


發達國家普遍把SOFC作為一種戰略儲備技術。燃料電池產業作為我國戰略性新興產業之一,在這場全球化的SOFC技術賽跑中,我國起步并不晚。


從上世紀90年代開始,我國一些高校、科研院所就參與到SOFC技術的研發中,積累了大量的科研成果。且隨著技術成熟度逐步提高,越來越多的國內企業也參與進來。


可是,由于研發難度高,投入大,該技術遲遲難以商業化。“SOFC發展需要解決性能、壽命、成本和可靠性的核心關鍵問題。”陳爍爍說。作為一家專注先進材料研發和生產的企業,三環從2004年就開始著手SOFC相關技術的研發、量產工作。但研發之路并不平坦。


近幾年,廣東更加注重科技創新支撐高質量發展,通過培育壯大高新技術企業、科技型中小企業等各類創新主體,大力支持企業建設研發機構,鍛造廣東創新創業的筋骨。


得益于此,三環組建了研究院和技術委員會。研究院在SOFC技術研發中起到關鍵作用。


開發燃料電池,“燃燒”了15個年華


“首先要解決的技術是隔膜片。”陳爍爍介紹,燃料電池工作時,高溫之下,燃氣只要跟空氣一接觸就會劇烈燃燒而燒毀。“關鍵需要一層電解質隔膜片將正負極分開,阻擋燃料與空氣的直接接觸,又能導電。如果隔膜片做得厚,內電阻高,則無法通過大電流;做得薄,又容易漏氣。隔膜片的質量影響整個系統的可靠性。”


憑借過硬的技術積淀,研究院研發出的電解質隔膜片電導率和材料密度,均接近理論值。


隨之而來的還有單電池開發。“單電池性能決定整個產品性能。為了測試穩定性,一個測試至少要5000小時,測試任務太多,相關的老化測試設備擺滿了一間400平方米的大屋子。”陳爍爍打趣道,“這些單電池燒的不只是天然氣,還‘燃燒’了15個團隊的年華。”


從原材料到制作工藝的每一個步驟,研究人員反復測試,最終“拿下”所有技術難題。


“名片大小的電池片堆在一起,形成電堆。這是燃料電池最為核心的部分。”陳爍爍說,到2016年,研究人員已開發出1.5千瓦標準電堆,可通過簡單串并聯方式,組裝成更大功率的電堆或模組。電堆發電效率68%以上,預計壽命可達到5年。


“固體氧化物隔膜片現已大量出口,因為技術牢牢掌握在自己手里。”陳爍爍不無自豪,目前,三環已成為全球最大的SOFC電解質隔膜供應商、歐洲市場上最大的SOFC單電池供應商。


吸引更多主體,整合資源謀發展


盡管SOFC技術已在國外市場推出并實現產業化,但我國由于缺少政策扶持、產業鏈尚未整合等原因,SOFC推廣應用還有待進一步開發。


在陳爍爍看來,國內SOFC技術開發的起步不算晚,但產業上明顯落后于世界先進水平,歸根到底是沒把資源整合好。


“SOFC的發展離不開相關配套產業,包括化工、熱工與電氣等領域的共同參與。”他指出,到目前為止,國內尚未有企業大手筆投入到SOFC系統整合和產業化工作;高校院所擁有技術,但沒有工程化和產業化的能力。


“固體氧化物燃料電池電堆工程化開發”項目啟動,讓陳爍爍大受鼓舞。“該項目的目標是解決SOFC單電池和電堆的一致性和壽命等技術難題,形成SOFC單電池和電堆工程化技術,實現批量生產。”他希望,在此項目帶動下,能吸引到更多的市場主體,參與SOFC系統集成開發,補齊我國產業鏈的空缺,共同推動SOFC的發展。


稿件來源: 科技日報
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