燃料電池走向普及（二）SOFC技術篇

據日經技術在線報道：作為固體高分子型燃料電池（PEFC）的競爭對手，固體氧化物型燃料電池（SOFC）也在為了彌補缺點而積極推進技術開發。最近發現了一種新材料
，有助於解決一直存在的課題——降低工作溫度。如果能降低工作溫度，就可以使用便宜的材料
，並提高耐久性。

SOFC在家用市場的上市時間比PEFC要晚。2004年開始開發SOFC、2012年推出產品的大阪燃氣介紹說，SOFC由於工作溫度高達700～750℃，如何確保耐久性是一個課題。2006年前後在確保電池單元單體耐久性方麵取得了突破，但將電池單元連接起來製成電池組時，耐久性就會大幅降低。

耐久性降低的原因在於連接電池單元的集電金屬（圖1）。為了緩和熱膨脹時的應力，集電金屬采用的是較軟的不鏽鋼。不鏽鋼中添加了鉻（Cr）

，鉻移動到電池單元中形成氧化物

，對耐久性造成了影響。

圖1：提高SOFC的發電效率

大阪燃氣2012年4月推出了家用SOFC（a）。對發電效率高達55％的新一代SOFC的試製品實施了試運轉（b）。（圖（a）由《日經電子》根據大阪燃氣的資料製作）

因yin此ci，大da阪ban燃ran氣qi為wei了le抑yi製zhi鉻ge的de移yi動dong
，在zai不bu鏽xiu鋼gang表biao麵mian加jia工gong出chu了le陶tao瓷ci塗tu層ceng。燃ran氣qi灶zao上shang放fang鍋guo的de三san腳jiao架jia的de金jin屬shu表biao麵mian也ye有you陶tao瓷ci塗tu層ceng。該gai公gong司si負fu責ze三san腳jiao架jia塗tu層ceng的de技ji術shu人ren員yuan考kao慮lv了le周zhou邊bian零ling部bu件jian的de熱re膨peng脹zhang係xi數shu等deng，為wei作zuo為wei集ji電dian金jin屬shu的de不bu鏽xiu鋼gang選xuan擇ze出chu了le最zui合he適shi的de塗tu層ceng材cai料liao。這zhe樣yang，雖sui然ran電dian阻zu成cheng分fen和he製zhi造zao成cheng本ben有you所suo上shang升sheng，但dan確que保bao了le將jiang近jin10年的耐久性注1、注2）。

注1）除集電金屬外
，把燃氣導入電池單元的“燃氣歧管”部件和機殼也使用了不鏽鋼。這些不鏽鋼中添加了Si
，因此，通過熱處理在其表麵形成氧化覆膜抑製了鉻的移動。

注2）此外，大阪燃氣麵向加氫站等
，於2013年12月推出了可通過天然氣改質製造氫的現場型製氫裝置“HYSERVE-300”。製氫能力為300Nm3/小時
，與利用三台該公司的100Nm3/小時的產品相比，設置麵積可削減約42％，設置成本可削減約50％。利用天然氣製氫的改質效率由原產品的71％提高到了79％，這主要是通過改進重整器、強化廢熱回收
、在去除雜質的PSA（變壓吸附）裝置中采用新方式等實現的。

發電效率目標為55％

目前SOFC的低熱值燃料發電效率為46.5％，大阪燃氣的計劃是，2010年代將效率提高到50％
，2020年以後提高到55％。不僅是家用領域，還打算采用相同的電池單元，麵向3kW左右的工業用途開展業務。產品化之前
，大阪燃氣先在該公司的實驗集合住宅“NEXT21”中設置了發電效率約為55％的試製品，連續進行了試驗。

試製品采用的電池組與現在的產品相同。增強隔熱和空氣換熱器性能為提高發電效率做出了貢獻。SOFC中
，7成燃氣用於發電，剩餘3成用於維持700℃的高溫。通過增強隔熱和換熱器性能，可削減燃氣用量。

不(bu)過(guo)
，削(xue)減(jian)燃(ran)氣(qi)導(dao)入(ru)量(liang)後(hou)，電(dian)池(chi)組(zu)溫(wen)度(du)分(fen)布(bu)會(hui)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)到(dao)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)。由(you)於(yu)氣(qi)體(ti)的(de)粘(zhan)度(du)會(hui)隨(sui)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)
，因(yin)此(ci)燃(ran)氣(qi)在(zai)高(gao)溫(wen)部(bu)分(fen)難(nan)以(yi)流(liu)通(tong)。如(ru)果(guo)減(jian)少(shao)燃(ran)氣(qi)的(de)導(dao)入(ru)量(liang)，高(gao)溫(wen)部(bu)分(fen)的(de)流(liu)量(liang)就(jiu)會(hui)進(jin)一(yi)步(bu)減(jian)少(shao)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，氧(yang)離(li)子(zi)會(hui)出(chu)現(xian)剩(sheng)餘(yu)
，導(dao)致(zhi)作(zuo)為(wei)燃(ran)料(liao)極(ji)支(zhi)持(chi)體(ti)的(de)鎳(nie)金(jin)屬(shu)陶(tao)瓷(ci)被(bei)氧(yang)化(hua)。大(da)阪(ban)燃(ran)氣(qi)沒(mei)有(you)公(gong)開(kai)具(ju)體(ti)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)法(fa)，據(ju)說(shuo)是(shi)通(tong)過(guo)最(zui)大(da)限(xian)度(du)抑(yi)製(zhi)溫(wen)度(du)分(fen)布(bu)減(jian)小(xiao)了(le)影(ying)響(xiang)。試(shi)製(zhi)品(pin)采(cai)用(yong)的(de)削(xue)減(jian)燃(ran)氣(qi)的(de)方(fang)法(fa)會(hui)導(dao)致(zhi)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)大(da)幅(fu)上(shang)升(sheng)，因(yin)此(ci)很(hen)難(nan)立(li)即(ji)應(ying)用(yong)於(yu)實(shi)際(ji)的(de)產(chan)品(pin)
，這(zhe)是(shi)今(jin)後(hou)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)課(ke)題(ti)。