韓敏芳：固定氧化物燃料電池技術進展及應用

據機經網報道：4月2-4日，“儲能國際峰會暨展覽會2018(ESIE 2018)”在北京國家會議中心舉行。清華大學教授973項目首席科學家韓敏芳在主題論壇上做演講。以下是演講詳情：

清華大學教授973項目首席科學家韓敏芳：

氫(qing)能(neng)與(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)新(xin)興(xing)的(de)產(chan)業(ye)，這(zhe)兩(liang)年(nian)發(fa)展(zhan)的(de)非(fei)常(chang)快(kuai)，受(shou)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)關(guan)注(zhu)，應(ying)該(gai)說(shuo)每(mei)個(ge)月(yue)，或(huo)者(zhe)說(shuo)差(cha)不(bu)多(duo)每(mei)個(ge)月(yue)好(hao)幾(ji)次(ci)相(xiang)關(guan)的(de)活(huo)動(dong)
，實(shi)際(ji)上(shang)真(zhen)正(zheng)行(xing)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)應(ying)該(gai)算(suan)是(shi)2018年正是在中國比較升溫。

今天我主要彙報的是固體氧化物燃料電池相關的技術和應用的情況
，在所有的燃料電池當中會有多種多樣發展形勢。

國(guo)家(jia)整(zheng)個(ge)能(neng)源(yuan)行(xing)業(ye)發(fa)展(zhan)背(bei)景(jing)下(xia)，需(xu)要(yao)發(fa)展(zhan)新(xin)的(de)能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)

，我(wo)們(men)麵(mian)臨(lin)著(zhe)能(neng)源(yuan)效(xiao)率(lv)的(de)問(wen)題(ti)
，汙(wu)染(ran)的(de)問(wen)題(ti)，二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)問(wen)題(ti)
，迫(po)切(qie)需(xu)要(yao)發(fa)展(zhan)新(xin)能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)，這(zhe)個(ge)時(shi)候(hou)氫(qing)能(neng)以(yi)及(ji)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)能(neng)源(yuan)領(ling)域(yu)冉(ran)冉(ran)升(sheng)起(qi)。在(zai)看(kan)整(zheng)個(ge)發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)當(dang)中(zhong)，在(zai)能(neng)源(yuan)體(ti)係(xi)當(dang)中(zhong)我(wo)們(men)產(chan)生(sheng)的(de)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)更(geng)多(duo)是(shi)熱(re)機(ji)的(de)形(xing)式(shi)
，通(tong)過(guo)燃(ran)料(liao)的(de)燃(ran)燒(shao)轉(zhuan)化(hua)為(wei)熱(re)能(neng)，整(zheng)個(ge)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)發(fa)展(zhan)通(tong)過(guo)電(dian)化(hua)解(jie)基(ji)礎(chu)使(shi)的(de)熱(re)能(neng)直(zhi)接(jie)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)，這(zhe)樣(yang)它(ta)的(de)效(xiao)率(lv)比(bi)較(jiao)高(gao)
，還(hai)有(you)一(yi)係(xi)列(lie)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)的(de)優(you)勢(shi)。

到底燃料電池怎麼實現更好效率發展的?傳(chuan)統(tong)來(lai)說(shuo)包(bao)括(kuo)氫(qing)燃(ran)料(liao)和(he)其(qi)他(ta)的(de)化(hua)學(xue)燃(ran)料(liao)，是(shi)空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)燃(ran)起(qi)直(zhi)接(jie)發(fa)生(sheng)燃(ran)燒(shao)反(fan)映(ying)產(chan)生(sheng)熱(re)
，現(xian)在(zai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)可(ke)以(yi)用(yong)空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)氧(yang)離(li)子(zi)反(fan)應(ying)過(guo)程(cheng)，空(kong)氣(qi)中(zhong)有(you)很(hen)多(duo)氧(yang)氣(qi)
，通(tong)過(guo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)過(guo)程(cheng)
，這(zhe)是(shi)通(tong)過(guo)氧(yang)離(li)子(zi)的(de)傳(chuan)導(dao)使(shi)得(de)它(ta)從(cong)空(kong)氣(qi)一(yi)側(ce)傳(chuan)到(dao)燃(ran)料(liao)這(zhe)一(yi)側(ce)
，可(ke)以(yi)氧(yang)化(hua)所(suo)有(you)種(zhong)類(lei)的(de)燃(ran)料(liao)，可(ke)以(yi)是(shi)純(chun)氫(qing)氣(qi)可(ke)以(yi)是(shi)碳(tan)氫(qing)燃(ran)料(liao)，非(fei)常(chang)具(ju)有(you)優(you)勢(shi)

，可(ke)以(yi)更(geng)好(hao)的(de)效(xiao)率(lv)，更(geng)高(gao)的(de)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)性(xing)。但(dan)是(shi)
，也(ye)會(hui)有(you)更(geng)高(gao)的(de)技(ji)術(shu)難(nan)度(du)。

在(zai)所(suo)有(you)種(zhong)類(lei)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)當(dang)中(zhong)

，現(xian)在(zai)談(tan)的(de)比(bi)較(jiao)多(duo)的(de)是(shi)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)
，它(ta)純(chun)氫(qing)氣(qi)做(zuo)燃(ran)料(liao)，現(xian)在(zai)也(ye)是(shi)上(shang)汽(qi)車(che)或(huo)者(zhe)剛(gang)剛(gang)講(jiang)的(de)加(jia)氫(qing)站(zhan)，除(chu)了(le)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)還(hai)有(you)氧(yang)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)
，燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)電(dian)化(hua)學(xue)學(xue)科(ke)類(lei)重(zhong)要(yao)的(de)分(fen)支(zhi)，所(suo)有(you)都(dou)是(shi)已(yi)於(yu)它(ta)傳(chuan)導(dao)離(li)子(zi)不(bu)同(tong)來(lai)分(fen)類(lei)，比(bi)如(ru)說(shuo)用(yong)磷(lin)酸(suan)鹽(yan)做(zuo)電(dian)解(jie)質(zhi)，還(hai)有(you)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)碳(tan)酸(suan)根(gen)的(de)，目(mu)前(qian)主(zhu)要(yao)由(you)五(wu)大(da)類(lei)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)。看(kan)整(zheng)個(ge)表(biao)的(de)情(qing)況(kuang)

，橫(heng)坐(zuo)標(biao)是(shi)發(fa)電(dian)的(de)規(gui)模(mo)，縱(zong)坐(zuo)標(biao)是(shi)效(xiao)率(lv)，底(di)本(ben)上(shang)來(lai)說(shuo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)的(de)效(xiao)率(lv)比(bi)內(nei)燃(ran)機(ji)要(yao)高(gao)，一(yi)定(ding)是(shi)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)的(de)效(xiao)率(lv)。多(duo)種(zhong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)當(dang)中(zhong)今(jin)天(tian)要(yao)講(jiang)的(de)固(gu)體(ti)氧(yang)化(hua)物(wu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)最(zui)高(gao)的(de)能(neng)源(yuan)效(xiao)率(lv)

，它(ta)的(de)原(yuan)理(li)一(yi)定(ding)也(ye)是(shi)最(zui)具(ju)有(you)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)，最(zui)具(ju)有(you)難(nan)度(du)的(de)過(guo)程(cheng)。

從cong燃ran料liao到dao燃ran料liao電dian池chi左zuo側ce和he右you側ce可ke以yi看kan到dao，左zuo側ce是shi燃ran料liao的de來lai源yuan
，希xi望wang做zuo成cheng氫qing能neng的de戰zhan略lve體ti係xi
，氫qing可ke以yi由you更geng多duo的de來lai源yuan，更geng多duo的de化hua石shi來lai源yuan的de時shi候hou可ke以yi是shi固gu體ti液ye體ti。經jing過guo中zhong間jian一yi係xi列lie技ji工gong處chu理li的de步bu驟zhou最zui後hou供gong給gei燃ran料liao電dian池chi應ying用yong
，如ru果guo走zou了le6budedaochunqingqijiukeyitigongqingranliaodianchilaigongzuo。yiyanghuatanhanlianggenggaoyidiandeshihou，zuodaobaifenliangjideshihoukeyigonglinsuanyanlaigongzuo
，zongzhi

，tashipinghengde。

當dang這zhe邊bian做zuo的de工gong作zuo多duo的de時shi候hou，這zhe邊bian的de燃ran料liao電dian池chi的de技ji術shu可ke以yi相xiang對dui簡jian單dan一yi點dian，工gong作zuo的de溫wen度du也ye低di一yi點dian，當dang這zhe邊bian做zuo的de少shao一yi些xie的de時shi候hou，這zhe邊bian就jiu要yao在zai高gao溫wen下xia來lai工gong作zuo，有you碳tan氫qing燃ran料liao來lai工gong作zuo的de時shi候hou，這zhe邊bian的de技ji術shu要yao求qiu更geng高gao的de。所suo有you的de燃ran料liao電dian池chi都dou具ju有you很hen好hao的de環huan保bao優you勢shi


，不bu但dan是shi其qi他ta的de氮dan氧yang化hua物wu的de排pai放fang問wen題ti，它ta的de成cheng本ben優you勢shi，一yi個ge新xin行xing業ye往wang往wang不bu太tai具ju有you行xing業ye優you勢shi，假jia設she我wo們men以yi後hou做zuo成cheng了le固gu體ti氧yang化hua物wu燃ran料liao電dian池chi發fa電dian
，就jiu是shi國guo家jia能neng源yuan級ji產chan業ye講jiang到dao的de煤mei氣qi電dian有you兩liang套tao係xi統tong，一yi個ge是shi常chang壓ya的de，一yi個ge是shi加jia壓ya的de
，這zhe是shi美mei國guo人ren做zuo的de數shu據ju，美mei國guo能neng源yuan部bu提ti供gong的de數shu據ju，投tou資zi成cheng本ben和he發fa電dian成cheng本ben都dou會hui低di，一yi心xin代dai發fa展zhan的de能neng源yuan技ji術shu當dang中zhong，能neng夠gou比bi火huo力li成cheng本ben發fa電dian率lv低di的de就jiu是shi固gu體ti燃ran料liao電dian池chi
，現xian在zai所suo有you的de應ying用yong都dou在zai世shi界jie內nei被bei推tui動dong，我wo們men分fen為wei便bian攜xie式shi
、分布式熱點聯供、高性能動力電源和大型發電站，世界上所有的應用都在應用。

日本熱電聯供技術，日本有一個CHP公司，最新的數據當時推的時候電效率是46.5%，2016年最新效率嗲效率達到52%
，這是它發展成本下降數量增加情況非常有前景。出奔除了做小型家用700瓦的，這個規模範圍20千瓦、50千qian瓦wa到dao幾ji百bai千qian瓦wa都dou是shi有you的de，可ke以yi是shi一yi個ge小xiao區qu，可ke以yi是shi一yi個ge商shang場chang。當dang然ran這zhe個ge尤you其qi適shi合he中zhong國guo發fa展zhan的de分fen布bu式shi熱re點dian聯lian供gong要yao解jie決jue天tian氣qi問wen題ti
，大da家jia很hen榮rong幸xing的de在zai這zhe個ge這zhe起qi來lai源yuan到dao北bei京jing，感gan觸chu了le氣qi侯hou變bian化hua跳tiao躍yue性xing
，一yi周zhou換huan了le四si季ji，在zai北bei京jing也ye不bu容rong易yi。

大型化的全世界字的最好的是三菱重工，2009年推出的SOFC—MGT係統
，2012年推行。在固體氧化物燃料電池行業當中最有代表性的就是Bloom這家企業，尤其是蘋果的係統，整個獨立電網用電，這是一個非常有代表性的。這家公司已經做了非常多的客戶，2001年成立的，2009年(nian)第(di)二(er)間(jian)公(gong)司(si)在(zai)紐(niu)約(yue)，第(di)三(san)家(jia)和(he)軟(ruan)銀(yin)合(he)作(zuo)在(zai)日(ri)本(ben)動(dong)靜(jing)來(lai)建(jian)的(de)，很(hen)有(you)可(ke)能(neng)很(hen)多(duo)同(tong)仁(ren)都(dou)希(xi)望(wang)他(ta)到(dao)重(zhong)要(yao)來(lai)，這(zhe)家(jia)網(wang)站(zhan)大(da)家(jia)可(ke)以(yi)去(qu)看(kan)，做(zuo)的(de)非(fei)常(chang)好(hao)。尤(you)其(qi)在(zai)規(gui)模(mo)一(yi)些(xie)大(da)的(de)企(qi)業(ye)都(dou)是(shi)用(yong)了(le)它(ta)的(de)係(xi)統(tong)。

再講講車，特斯拉的電動車最好大家是知道的400公裏的續航裏程，2014年豐田未來這款車也是大家追逐的
，2016年日產推了一款車500瓦的固體燃料電池加了24瓦的儲能電池，續航裏程是600公裏，去年七八月份這款車在巴西完成了一年的路麵測試
，日產現在預計是2020年商業化這款車。這是國際上發展的情況
，剛才說因為2016年氫能燃料電池行業在中國開始了比較快速升溫的發展，前麵同誌也列出了發展的狀況，2016年國家電網公司未來科技城幾大公司組織召開的是APEC氫能燃料電池研討會，2016年就陸續出台了一係列政策
，在國家戰略政策上整個行業被列為引領行業變革的肩負性技術。2016年出台了中國製造2025heguojianengyuanxingdongjihua
，yaoxiangzuoyigeshiqingshichangtuidongshiyifangmian，guojiazhengcedeyinling，suoyouqiyedougenzheguojiazhihuibanglaizoude。qingnengranliaodianchizuoweiyigedandudexiangmu，baokuoqingdezhibeicunchujiaqingzhanzhenggefazhanqingkuang，ranliaodianchideqingkuang，qingranliaodianchihegudingyanghuawuranliaodianchi
，zairanliaodianchidangzhongyigezuoche，yigezuodianzhandougeichulejutide。qingranliaodianchiyijingzuolehenduo，gutiyanghuawuyaoqiuzuodao4萬wan小xiao時shi的de壽shou命ming
，要yao做zuo相xiang關guan的de產chan業ye技ji術shu都dou有you具ju體ti的de一yi些xie規gui劃hua，包bao括kuo一yi些xie路lu線xian圖tu
，其qi實shi這zhe個ge路lu線xian圖tu在zai中zhong國guo還hai有you點dian欠qian缺que，還hai要yao大da家jia共gong同tong努nu力li，我wo們men政zheng策ce來lai了le，從cong人ren才cai、技術
、產業和真正落地的政策需要大家共同來推動。

新能源汽車顯然現在是最熱的領域，很多做氫能或者做燃料電池都是盯著這個來的，這個2017nianchugongbuchuleranliaodianchichebutieyixiliexiangguandegongzuo，baokuojiaqingzhandouyoumingquedezhengcekeyijixulaizuo。guoneiwaifazhandeqingkuang
，tadefazhanqingkuanghefazhanmubiao，zhexiedoushishuyuzijiguanxinde
，zijihuizuodegengxiangxi。

固體氧化物燃料電池還是屬於所有燃料電池當中最難的一個技術，我們從2012年到2017年剛剛完成國家973xiangmuzheyangyigechengguo，qingranliaodianchizhejigelingyululuxuxuyouguojiaqingnengyuanranliaoxiangmu，gudingyanghuadianchishejidaofangmian，congcailiaodaodianchideguocheng，daozhenggedianchidesheji，zhenggejichengguochengdangzhongkexueguilvhezuihoudexitongjicheng。chengguoyeshiduofangmiande，yinweiguojia973項xiang目mu要yao頂ding天tian立li地di

，頂ding天tian到dao有you前qian沿yan成cheng果guo，立li地di要yao有you技ji術shu和he係xi統tong，從cong理li論lun體ti係xi上shang構gou建jian一yi套tao體ti係xi

，在zai電dian極ji反fan映ying過guo程cheng中zhong做zuo的de是shi直zhi接jie使shi用yong碳tan氫qing燃ran料liao，還hai要yao有you技ji術shu的de發fa展zhan，做zuo出chu真zhen正zheng實shi實shi在zai在zai用yong的de電dian池chi

，最zui後hou總zong結jie規gui律lv融rong合he所suo有you的de做zuo成cheng一yi個ge示shi範fan係xi統tong的de過guo程cheng，這zhe個ge行xing業ye相xiang當dang於yu需xu要yao走zou的de路lu還hai有you更geng長chang。

我是把整個行業發展的技術分成了四段，產權產業鏈，首先是材料體係，我們的電解質材料、陰極材料
、陽yang極ji材cai料liao都dou要yao做zuo，如ru果guo未wei來lai燃ran料liao電dian池chi成cheng為wei一yi個ge大da的de行xing業ye，你ni可ke能neng會hui做zuo一yi個ge陽yang極ji或huo者zhe陰yin極ji來lai供gong應ying這zhe個ge事shi情qing。有you了le這zhe些xie材cai料liao以yi後hou做zuo成cheng一yi起qi燒shao成cheng一yi個ge電dian池chi

，所suo有you的de材cai料liao都dou是shi氧yang化hua物wu

，更geng通tong俗su一yi點dian就jiu是shi陶tao瓷ci。陰yin極ji陽yang極ji裝zhuang在zai一yi起qi通tong常chang是shi說shuo三san重zhong結jie構gou，有you了le這zhe個ge電dian池chi以yi後hou就jiu叫jiao元yuan件jian
，通tong常chang可ke以yi發fa出chu1伏(fu)左(zuo)右(you)的(de)電(dian)
，但(dan)是(shi)要(yao)想(xiang)實(shi)現(xian)這(zhe)個(ge)功(gong)能(neng)需(xu)要(yao)集(ji)成(cheng)到(dao)一(yi)起(qi)
，這(zhe)個(ge)時(shi)候(hou)有(you)縫(feng)接(jie)材(cai)料(liao)
，因(yin)為(wei)要(yao)在(zai)七(qi)八(ba)百(bai)度(du)下(xia)來(lai)工(gong)作(zuo)
，直(zhi)接(jie)工(gong)作(zuo)於(yu)甲(jia)烷(wan)劑(ji)，對(dui)所(suo)有(you)材(cai)料(liao)要(yao)求(qiu)也(ye)是(shi)高(gao)的(de)
，管(guan)理(li)過(guo)程(cheng)要(yao)求(qiu)也(ye)是(shi)高(gao)的(de)，熱(re)平(ping)衡(heng)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)也(ye)是(shi)高(gao)的(de)，做(zuo)成(cheng)了(le)這(zhe)樣(yang)一(yi)個(ge)模(mo)塊(kuai)再(zai)集(ji)成(cheng)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)，他(ta)是(shi)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)結(jie)構(gou)還(hai)是(shi)整(zheng)體(ti)這(zhe)樣(yang)一(yi)個(ge)設(she)計(ji)的(de)狀(zhuang)態(tai)。目(mu)前(qian)在(zai)中(zhong)國(guo)能(neng)做(zuo)到(dao)的(de)就(jiu)是(shi)幾(ji)千(qian)瓦(wa)的(de)設(she)計(ji)係(xi)統(tong)，未(wei)來(lai)可(ke)以(yi)做(zuo)更(geng)多(duo)的(de)工(gong)作(zuo)。

dajiadoujiaodezhedongxihenshenmi，jiushiyixiefuzacailiao
，gaozhegelingyudekeyijixuquzuo。yihouxingyefazhanlaishuo，suoyouzhexiedoushishangyejihui
，xuyaoquanchanyelianjinxingbuju，butongyoushihejishudexingyejinruzhegexingyegongtongtuidongzhegexingyefazhan。

做成電池看到的，這是剛才說的是做到單電池的情況，目前能做到的就是標準一樣的尺寸就是10厘米乘10厘米的情況
，所有大電池測試都是在單板做的測試，到現在行業沒有標準。973項(xiang)目(mu)過(guo)程(cheng)當(dang)中(zhong)人(ren)家(jia)不(bu)能(neng)說(shuo)都(dou)是(shi)自(zi)己(ji)說(shuo)的(de)，要(yao)到(dao)第(di)三(san)方(fang)測(ce)試(shi)，這(zhe)是(shi)丹(dan)麥(mai)做(zuo)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)測(ce)試(shi)，這(zhe)是(shi)它(ta)的(de)密(mi)封(feng)件(jian)等(deng)一(yi)係(xi)列(lie)工(gong)作(zuo)
，評(ping)價(jia)還(hai)是(shi)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)。有(you)了(le)這(zhe)個(ge)之(zhi)後(hou)開(kai)始(shi)做(zuo)集(ji)成(cheng)，做(zuo)了(le)小(xiao)的(de)堆(dui)以(yi)後(hou)也(ye)沒(mei)有(you)人(ren)做(zuo)測(ce)試(shi)，我(wo)們(men)當(dang)時(shi)973一yi部bu分fen工gong作zuo在zai德de國guo做zuo的de測ce試shi
，給gei的de一yi係xi列lie評ping價jia。下xia麵mian就jiu要yao做zuo出chu一yi個ge示shi範fan係xi統tong，就jiu是shi要yao把ba所suo有you的de科ke學xue規gui律lv的de一yi些xie認ren識shi做zuo成cheng一yi個ge示shi範fan係xi統tong。它ta會hui直zhi接jie來lai的de是shi碳tan氫qing燃ran料liao
，可ke以yi用yong甲jia烷wan，它ta的de熱re平ping衡heng活huo動dong管guan理li係xi統tong更geng複fu雜za一yi點dian。過guo去qu幾ji年nian當dang中zhong做zuo了le一yi係xi列lie的de示shi範fan和he一yi係xi列lie單dan位wei合he作zuo，一yi起qi在zai全quan國guo推tui了le幾ji個ge示shi範fan，也ye是shi完wan成cheng973項目推動全產業鏈技術的發展
，希望在工作中以這個為基礎具體推動產業的發展。中國也有一些公司開始在做，早期2018年全國第一家專門從事這個行業的公司
，從材料到集成都給出來了，我叫它完成全產業鏈的工作
，但還有很長的路要走。

最後，我們要有一個自己的學術領域，2016年我們推動成立了燃料電池專業委員會，2016年剛剛成立的，當時有不到100個委員，能源局覺得我們有點多，行業發展非常快
，或需要繼續來做。2017年(nian)推(tui)動(dong)成(cheng)立(li)了(le)能(neng)源(yuan)行(xing)業(ye)高(gao)溫(wen)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)標(biao)準(zhun)委(wei)員(yuan)會(hui)
，接(jie)下(xia)來(lai)我(wo)們(men)要(yao)推(tui)動(dong)標(biao)準(zhun)的(de)建(jian)設(she)工(gong)作(zuo)和(he)檢(jian)測(ce)中(zhong)心(xin)，也(ye)歡(huan)迎(ying)大(da)家(jia)方(fang)方(fang)麵(mian)麵(mian)一(yi)起(qi)來(lai)推(tui)動(dong)整(zheng)個(ge)行(xing)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)。

謝謝大家!