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固体氧化物燃料电池技术破冰 产业链却亟待完善

发布时间:2019/12/11 创新 浏览:162

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种效率高、燃料范围广的电化学发电技术,目前处于商业化初期。
历经15年潜心研发,潮州三环(集团)股份有限公司(以下简称三环)研究院突破了SOFC关键核心技术,关键部件的年出口额已超2亿元。不久前,由其牵头承担的国家重点研发计划“固体氧化物燃料电池电堆工程化开发”项目正式启动实施。
“这是我市首个国家重点研发计划项目,也是推进我市产业结构转型升级的一个重要工程。”广东省潮州市委常委、常务副市长张传胜表示,这是三环的又一重大创新举措,也是潮州科技发展的一大亮点。
国内起步不晚,却难以商业化
“SOFC电转化效率高达65%以上,而传统火力发电平均仅约30%;且燃料来源广泛、绿色环保,被公认为是下一代清洁能源的首选。”研究院副院长陈烁烁介绍说,“SOFC可在数据中心、医院、机场等分布式能源领域应用,未来在绿色电网还能起到稳定风能、太阳能带来的电网波动的互补作用。”
发达国家普遍把SOFC作为一种战略储备技术。燃料电池产业作为我国战略性新兴产业之一,在这场全球化的SOFC技术赛跑中,我国起步并不晚。
从上世纪90年代开始,我国一些高校、科研院所就参与到SOFC技术的研发中,积累了大量的科研成果。且随着技术成熟度逐步提高,越来越多的国内企业也参与进来。
可是,由于研发难度高,投入大,该技术迟迟难以商业化。“SOFC发展需要解决性能、寿命、成本和可靠性的核心关键问题。”陈烁烁说。作为一家专注先进材料研发和生产的企业,三环从2004年就开始着手SOFC相关技术的研发、量产工作。但研发之路并不平坦。
近几年,广东更加注重科技创新支撑高质量发展,通过培育壮大高新技术企业、科技型中小企业等各类创新主体,大力支持企业建设研发机构,锻造广东创新创业的筋骨。
得益于此,三环组建了研究院和技术委员会。研究院在SOFC技术研发中起到关键作用。
开发燃料电池,“燃烧”了15个年华
“首先要解决的技术是隔膜片。”陈烁烁介绍,燃料电池工作时,高温之下,燃气只要跟空气一接触就会剧烈燃烧而烧毁。“关键需要一层电解质隔膜片将正负极分开,阻挡燃料与空气的直接接触,又能导电。如果隔膜片做得厚,内电阻高,则无法通过大电流;做得薄,又容易漏气。隔膜片的质量影响整个系统的可靠性。”
凭借过硬的技术积淀,研究院研发出的电解质隔膜片电导率和材料密度,均接近理论值。
随之而来的还有单电池开发。“单电池性能决定整个产品性能。为了测试稳定性,一个测试至少要5000小时,测试任务太多,相关的老化测试设备摆满了一间400平方米的大屋子。”陈烁烁打趣道,“这些单电池烧的不只是天然气,还‘燃烧’了15个团队的年华。”
从原材料到制作工艺的每一个步骤,研究人员反复测试,最终“拿下”所有技术难题。
“名片大小的电池片堆在一起,形成电堆。这是燃料电池最为核心的部分。”陈烁烁说,到2016年,研究人员已开发出1.5千瓦标准电堆,可通过简单串并联方式,组装成更大功率的电堆或模组。电堆发电效率68%以上,预计寿命可达到5年。
“固体氧化物隔膜片现已大量出口,因为技术牢牢掌握在自己手里。”陈烁烁不无自豪,目前,三环已成为全球最大的SOFC电解质隔膜供应商、欧洲市场上最大的SOFC单电池供应商。
吸引更多主体,整合资源谋发展
尽管SOFC技术已在国外市场推出并实现产业化,但我国由于缺少政策扶持、产业链尚未整合等原因,SOFC推广应用还有待进一步开发。
在陈烁烁看来,国内SOFC技术开发的起步不算晚,但产业上明显落后于世界先进水平,归根到底是没把资源整合好。
“SOFC的发展离不开相关配套产业,包括化工、热工与电气等领域的共同参与。”他指出,到目前为止,国内尚未有企业大手笔投入到SOFC系统整合和产业化工作;高校院所拥有技术,但没有工程化和产业化的能力。
“固体氧化物燃料电池电堆工程化开发”项目启动,让陈烁烁大受鼓舞。“该项目的目标是解决SOFC单电池和电堆的一致性和寿命等技术难题,形成SOFC单电池和电堆工程化技术,实现批量生产。”他希望,在此项目带动下,能吸引到更多的市场主体,参与SOFC系统集成开发,补齐我国产业链的空缺,共同推动SOFC的发展。