鉅大LARGE | 點擊量：720次 | 2022年11月07日
高溫燃料動力電池及其制氫儲能應用的發(fā)展現(xiàn)狀是怎樣的
4月24-26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“氫能與燃料電池”專場，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員楊鈞在會上分享了主題報告《高溫燃料電池及其制氫儲能應用發(fā)展現(xiàn)狀》，以下為演講實錄：
楊鈞：大家好，我是來中科院的楊鈞。這是基于我們去年完成的給寧波市做的軟課題。下面我們跟大家分享一下我們在這方面做的一些調研工作。主要分為這幾個部分。
剛才幾位嘉賓都提到了巴黎協(xié)定和節(jié)能減排的事情。中國做的承諾主要也是二氧化碳的節(jié)能減排要下降60%-65%。在非化石能源就是新能源要提升到20%左右。在今后相當長的時間內，中國的能源結構還是以化石能源為主，盡管新能源比例要提升，但是提升不會那么快。還有一個是二氧化碳排放的峰值和森林的蓄積量增加的承諾?？偟膩碚f要節(jié)能減排，要達到這個目標，一個很重要的技術路線或者發(fā)展方向就是要發(fā)展氫能與燃料電池技術。
這在我們過去10年當中，從國家到地方，從產(chǎn)業(yè)到學術科研圈，其實都有共識，就是要發(fā)展氫能和燃料電池技術。這是國家層面的一些政策或者是戰(zhàn)略的文件。其中，提到了氫能和燃料電池技術。高溫燃料電池技術SOFC實際上在幾個國家層面的戰(zhàn)略發(fā)展的文件里面也得到了體現(xiàn)。目前，社會上或者投資圈、產(chǎn)業(yè)界比較關注的還是低溫的燃料電池。實際從文件上來看，高溫燃料電池在國家層面上也是得到了一個比較大的重視。燃料電池剛才幾位老師介紹了背景，相信大家對高溫燃料電池也有一個比較感性的認識。實際上是按照電解質的種類來分類的，首先最早商業(yè)化的是磷酸燃料電池，接下來是熔融碳酸鹽燃料電池，然后是質子交換膜燃料電池，固體氧化物燃料電池是金屬氧化物，是最新一代的燃料電池。它的發(fā)電效率也是所有燃料電池里面最高的，因為它的工作溫度比較高，所有的電池本身的關鍵部件全部都是用陶瓷材料，這是比較廉價的陶瓷材料。還有一個比較重要的特性就是SOFC可以使用碳氫燃料還可以使用氨。還有剛才方博士提到了SOFC的重要特點，反應物和生成物全部都是氣相。一套設備可以實現(xiàn)發(fā)電和電解兩個模式。這是SOFC區(qū)別于其他燃料電池的特點。
從應用場景來說，SOFC主要的應有場景總結下來就是發(fā)電、供熱、制氫，還可以電解二氧化碳。從功率上來講，從20瓦到100千瓦都有。根據(jù)不同應用場景做了一個分類。目前在不同的應用場景下面，國內外都有企業(yè)做產(chǎn)業(yè)化的工作。企業(yè)在這幾年迅速地增加。目前有十余家企業(yè)。這是正在做SOFC產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前中國SOFC發(fā)展現(xiàn)狀，用一句話來總結，就是說目前已經(jīng)建立從原材料粉末到發(fā)電系統(tǒng)的完整技術鏈條。在每個關鍵的技術環(huán)節(jié)，國內目前的現(xiàn)狀是都能做。但是和國外先進水平相比，跟他們的性能、耐久性方面，我們還是有比較大的差距。接下來也是一個整個SOFC行業(yè)需要攻關的一個階段。從技術路線來講，SOFC有很多技術路線。我們SOFC的技術路線主要受電池的結構，電池的幾何結構來決定。左上角是是電解質的支撐結構。SOFC可以分三層，陰級、陽級，中間用隔膜隔開。做科研用，做小型的鈕扣電池研究電極材料或者研究電解質材料，同樣使用電解質支撐性。美國BE公司把電解質支撐型做大，現(xiàn)在的24千瓦25千瓦模塊也是用了這種結構。
第二種是平板式結構，它的特點是很薄。工作層里面是陽極的支撐層是最厚的。這是目前全世界范圍內最流行的電極結構。我們國內做產(chǎn)業(yè)化做工程化的研究，過去也是以超薄平板式技術路線為主，平板式的電池性能比較高但是結構強度比較低。左下角是管式電池，特點是比較容易做到大功率，但是缺點就是電流密度比較小。還有扁管式結構，吸收了平板式和管式的優(yōu)點。
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來講，目前中國SOFC的產(chǎn)業(yè)化實際上有兩個來源。一個是從科研院所的成果轉移轉化來做產(chǎn)業(yè)化的公司。一會兒會講一些代表的企業(yè)。還有一個是中國企業(yè)引進國外的先進技術。這也是一個有代表性的企業(yè)。還有初創(chuàng)企業(yè)做的自主研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化的工作。
一個例子來自武漢華中科技大學的，一會兒也有他們課題組的李老師來做這個報告。他們從粉末到發(fā)電系統(tǒng)做到了五千瓦的發(fā)電系統(tǒng)。最近取得了比較穩(wěn)定的發(fā)電性能，對這個公司也比較期待。還有一個是潮州三環(huán)，它在電子陶瓷方面有數(shù)十年開發(fā)經(jīng)驗的陶瓷公司。他們經(jīng)過了這些年的發(fā)展，在電堆工程化領域做到了國內領先水平。去年年初中央二臺報道了他們作為一個獨角獸企業(yè)，報道了他們最新的成果和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。還有，蘇州華清京昆公司，也經(jīng)過了將近十年的發(fā)展。在2019年也就是今年他們在徐州共同跟徐州當?shù)卣献鳎_展了一個固體氧化物燃料電池的產(chǎn)業(yè)化項目。預計2019年6月份可以部分試產(chǎn)。
下面跟大家匯報一下基于氫氣的儲能應用。上面這張圖方博士講得比較明確。我們把棄風棄光等用不到的電來電解水制氫，氫可以儲存起來。必要的時候再重新轉化為電力或者化工原料。在這樣一個循環(huán)的過程當中，基本上沒有碳的參與也沒有碳排放。這是一個比較理想的能源循環(huán)體系。這里面，很明顯兩個關鍵技術，一個制氫一個發(fā)電。制氫方面，提出要大規(guī)模制氫技術和分布式制氫技術。大部分90%以上都是來自化工的制氫。在電解水制氫過程當中可以實現(xiàn)無碳排放的制氫。電解水制氫技術里面高溫固體氧化物電池，電解水制氫也有它的特殊優(yōu)勢。首先能量轉化效率是最高的?？梢灾苯与娊飧邷厮魵猓驗楸旧砉ぷ鳒囟染透摺?/p>
最后提一個發(fā)展建議。調研下來發(fā)現(xiàn)，SOFC燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈是非常長的。它有粉體燃料、單電池包括分裝再做成電堆、系統(tǒng)，系統(tǒng)后面還有各種各樣的終端應用。產(chǎn)業(yè)鏈非常長，靠一家單位很難把整條產(chǎn)業(yè)鏈做下來。我們的建議，希望各個環(huán)節(jié)上的或者有志于參與燃料電池產(chǎn)業(yè)的單位，我們作為產(chǎn)業(yè)鏈上下游，要形成一個合力來協(xié)同創(chuàng)新。這是做完調研之后得到的發(fā)展建議也是一個心得體會。我的匯報就到這里，謝謝大家！
