固體氧化物燃料電池技術(shù)破冰 產(chǎn)業(yè)鏈卻亟待完善

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(xué)發(fā)電技術(shù)，目前處于商業(yè)化初期。

歷經(jīng)15年潛心研發(fā)，潮州三環(huán)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱三環(huán))研究院突破了SOFC關(guān)鍵核心技術(shù)，關(guān)鍵部件的年出口額已超2億元。不久前，由其牽頭承擔(dān)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“固體氧化物燃料電池電堆工程化開發(fā)”項(xiàng)目正式啟動(dòng)實(shí)施。

“這是我市首個(gè)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，也是推進(jìn)我市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的一個(gè)重要工程。”廣東省潮州市委常委、常務(wù)副市長張傳勝表示，這是三環(huán)的又一重大創(chuàng)新舉措，也是潮州科技發(fā)展的一大亮點(diǎn)。

國內(nèi)起步不晚，卻難以商業(yè)化

“SOFC電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)65%以上，而傳統(tǒng)火力發(fā)電平均僅約30%;且燃料來源廣泛、綠色環(huán)保，被公認(rèn)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(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場等分布式能源領(lǐng)域應(yīng)用，未來在綠色電網(wǎng)還能起到穩(wěn)定風(fēng)能、太陽能帶來的電網(wǎng)波動(dòng)的互補(bǔ)作用。”

發(fā)達(dá)國家普遍把SOFC作為一種戰(zhàn)略儲(chǔ)備技術(shù)。燃料電池產(chǎn)業(yè)作為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，在這場全球化的SOFC技術(shù)賽跑中，我國起步并不晚。

從上世紀(jì)90年代開始，我國一些高校、科研院所就參與到SOFC技術(shù)的研發(fā)中，積累了大量的科研成果。且隨著技術(shù)成熟度逐步提高，越來越多的國內(nèi)企業(yè)也參與進(jìn)來。

可是，由于研發(fā)難度高，投入大，該技術(shù)遲遲難以商業(yè)化。“SOFC發(fā)展需要解決性能、壽命、成本和可靠性的核心關(guān)鍵問題。”陳爍爍說。作為一家專注先進(jìn)材料研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)，三環(huán)從2004年就開始著手SOFC相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、量產(chǎn)工作。但研發(fā)之路并不平坦。

近幾年，廣東更加注重科技創(chuàng)新支撐高質(zhì)量發(fā)展，通過培育壯大高新技術(shù)企業(yè)、科技型中小企業(yè)等各類創(chuàng)新主體，大力支持企業(yè)建設(shè)研發(fā)機(jī)構(gòu)，鍛造廣東創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的筋骨。

得益于此，三環(huán)組建了研究院和技術(shù)委員會(huì)。研究院在SOFC技術(shù)研發(fā)中起到關(guān)鍵作用。

開發(fā)燃料電池，“燃燒”了15個(gè)年華

“首先要解決的技術(shù)是隔膜片。”陳爍爍介紹，燃料電池工作時(shí)，高溫之下，燃?xì)庵灰諝庖唤佑|就會(huì)劇烈燃燒而燒毀。“關(guān)鍵需要一層電解質(zhì)隔膜片將正負(fù)極分開，阻擋燃料與空氣的直接接觸，又能導(dǎo)電。如果隔膜片做得厚，內(nèi)電阻高，則無法通過大電流;做得薄，又容易漏氣。隔膜片的質(zhì)量影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。”

憑借過硬的技術(shù)積淀，研究院研發(fā)出的電解質(zhì)隔膜片電導(dǎo)率和材料密度，均接近理論值。

隨之而來的還有單電池開發(fā)。“單電池性能決定整個(gè)產(chǎn)品性能。為了測試穩(wěn)定性，一個(gè)測試至少要5000小時(shí)，測試任務(wù)太多，相關(guān)的老化測試設(shè)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?zé)牟恢皇翘烊粴猓€‘燃燒’了15個(gè)團(tuán)隊(duì)的年華。”

從原材料到制作工藝的每一個(gè)步驟，研究人員反復(fù)測試，最終“拿下”所有技術(shù)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(fā)出1.5千瓦標(biāo)準(zhǔn)電堆，可通過簡單串并聯(lián)方式，組裝成更大功率的電堆或模組。電堆發(fā)電效率68%以上，預(yù)計(jì)壽命可達(dá)到5年。

“固體氧化物隔膜片現(xiàn)已大量出口，因?yàn)榧夹g(shù)牢牢掌握在自己手里。”陳爍爍不無自豪，目前，三環(huán)已成為全球最大的SOFC電解質(zhì)隔膜供應(yīng)商、歐洲市場上最大的SOFC單電池供應(yīng)商。

吸引更多主體，整合資源謀發(fā)展

盡管SOFC技術(shù)已在國外市場推出并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但我國由于缺少政策扶持、產(chǎn)業(yè)鏈尚未整合等原因，SOFC推廣應(yīng)用還有待進(jìn)一步開發(fā)。

在陳爍爍看來，國內(nèi)SOFC技術(shù)開發(fā)的起步不算晚，但產(chǎn)業(yè)上明顯落后于世界先進(jìn)水平，歸根到底是沒把資源整合好。

“SOFC的發(fā)展離不開相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)，包括化工、熱工與電氣等領(lǐng)域的共同參與。”他指出，到目前為止，國內(nèi)尚未有企業(yè)大手筆投入到SOFC系統(tǒng)整合和產(chǎn)業(yè)化工作;高校院所擁有技術(shù)，但沒有工程化和產(chǎn)業(yè)化的能力。

“固體氧化物燃料電池電堆工程化開發(fā)”項(xiàng)目啟動(dòng)，讓陳爍爍大受鼓舞。“該項(xiàng)目的目標(biāo)是解決SOFC單電池和電堆的一致性和壽命等技術(shù)難題，形成SOFC單電池和電堆工程化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。”他希望，在此項(xiàng)目帶動(dòng)下，能吸引到更多的市場主體，參與SOFC系統(tǒng)集成開發(fā)，補(bǔ)齊我國產(chǎn)業(yè)鏈的空缺，共同推動(dòng)SOFC的發(fā)展。