美開發出小規模高效固體氧化物燃料電池

　　風力發電沒有條件
，太陽能電池效率太低，燃油發電機太不環保……如果這些能源都無法滿足你的需求，固體氧化物燃料電池(SOFC)huoxushiyigebucuodexuanze。juwulixuejiazuzhiwangbaodao，meiguoxibeitaipingyangguojiashiyanshiriqiankaifachuyizhonggaoxiaolvdexiaoguimogutiyanghuawuranliaodianchi，nengyuanzhuanhuaxiaolvkeda57%，其試驗係統可產生2千瓦的電力
，非常適合家庭使用。加之其高效環保的優勢，有望讓每家都擁有一個“發電站”成為現實。 　　什麼是SOFC 　　在了解固體氧化物燃料電池之前，我們需要先知道什麼是燃料電池。從外觀上看起來
，燃料電池就像是一個蓄電池，有陰極
、陽yang極ji也ye有you電dian解jie質zhi。但dan它ta們men最zui大da的de不bu同tong之zhi處chu在zai於yu，蓄xu電dian池chi是shi一yi個ge儲chu電dian裝zhuang置zhi，燃ran料liao電dian池chi是shi一yi個ge發fa電dian裝zhuang置zhi，它ta能neng夠gou讓rang具ju有you可ke燃ran性xing的de燃ran料liao與yu氧yang反fan應ying產chan生sheng電dian。因yin此ci隻zhi要yao有you持chi續xu的de燃ran料liao供gong應ying
，燃ran料liao電dian池chi就jiu能neng源yuan源yuan不bu斷duan地di產chan生sheng電dian力li。 　　燃料電池最大的優勢是高效和環境友好。目前普通燃油發電機隻能把18%的化學能轉化為電能，如果是汽車發動機，其最終轉化率還不足15%。相比之下，不少燃料電池都可以實現30%到50%的轉化率。高效率意味著燃料電池能夠在消耗更少燃料
、產生更少汙染的情況下，產生與傳統發電廠相同的電量。 　　固體氧化物燃料電池是新一代燃料電池，能夠在高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能轉化成電能。無論是氧氣
、沼氣
、氫氣還是柴油
、汽油，都可以作為其發電的燃料。與其他燃料電池相比，固體氧化物燃料電池還具有燃料適應性廣、能量轉換效率高、全固態
、模塊化組裝

、零汙染等優點。 　　著眼於小放眼於大 　　固體氧化物燃料電池是一種很有前途的技術，能夠提供清潔高效的能源。到目前為止
，大多數人都將注意力集中在能產生1兆瓦或更多電力的
、可(ke)取(qu)代(dai)傳(chuan)統(tong)發(fa)電(dian)站(zhan)的(de)較(jiao)大(da)係(xi)統(tong)的(de)研(yan)究(jiu)上(shang)，以(yi)期(qi)產(chan)生(sheng)突(tu)破(po)性(xing)的(de)成(cheng)果(guo)。為(wei)何(he)西(xi)北(bei)太(tai)平(ping)洋(yang)國(guo)家(jia)實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)科(ke)學(xue)家(jia)非(fei)要(yao)劍(jian)走(zou)偏(pian)鋒(feng)
，將(jiang)注(zhu)意(yi)力(li)集(ji)中(zhong)在(zai)小(xiao)係(xi)統(tong)的(de)研(yan)發(fa)上(shang)呢(ne)？ 　　該實驗室固體氧化物燃料電池項目首席工程師文森特·斯普瑞克解釋說：“因為小係統也有優勢，有時候甚至還能勝過大係統。”家庭和社區用戶就是這樣一個實例：如(ru)果(guo)安(an)置(zhi)大(da)型(xing)係(xi)統(tong)，其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)力(li)將(jiang)超(chao)過(guo)附(fu)近(jin)地(di)區(qu)的(de)耗(hao)電(dian)量(liang)，如(ru)此(ci)一(yi)來(lai)就(jiu)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)輸(shu)電(dian)線(xian)路(lu)將(jiang)其(qi)輸(shu)送(song)到(dao)其(qi)他(ta)地(di)方(fang)。而(er)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)必(bi)然(ran)會(hui)造(zao)成(cheng)一(yi)些(xie)電(dian)力(li)的(de)損(sun)耗(hao)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，小(xiao)係(xi)統(tong)更(geng)加(jia)輕(qing)便(bian)靈(ling)活(huo)
，安(an)裝(zhuang)位(wei)置(zhi)可(ke)以(yi)更(geng)靠(kao)近(jin)用(yong)戶(hu)
，輸(shu)送(song)成(cheng)本(ben)和(he)損(sun)耗(hao)會(hui)更(geng)低(di)，如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)的(de)話(hua)還(hai)能(neng)將(jiang)其(qi)集(ji)成(cheng)起(qi)來(lai)形(xing)成(cheng)更(geng)大(da)的(de)係(xi)統(tong)。 　　為此
，科學家們提出了一個設想，這個小型發電係統既要在效率上超過50%
，又要在需要時能夠輕鬆擴展進行分布式發電。 　　兩項創新解難題 　　為了實現這一目標，讓小型係統產生接近甚至高於大型係統的效率，研究人員采用了兩項名為微通道和燃料循環的工藝。 　　固體氧化物燃料電池由陶瓷材料製成

，分為正極、負(fu)極(ji)和(he)電(dian)解(jie)液(ye)三(san)個(ge)層(ceng)次(ci)。工(gong)作(zuo)時(shi)
，經(jing)過(guo)壓(ya)縮(suo)的(de)空(kong)氣(qi)預(yu)熱(re)後(hou)首(shou)先(xian)被(bei)泵(beng)入(ru)作(zuo)為(wei)負(fu)極(ji)的(de)外(wai)層(ceng)，空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)氧(yang)氣(qi)會(hui)變(bian)成(cheng)帶(dai)負(fu)電(dian)荷(he)的(de)超(chao)氧(yang)陰(yin)離(li)子(zi)。而(er)後(hou)負(fu)極(ji)和(he)內(nei)部(bu)的(de)電(dian)解(jie)質(zhi)層(ceng)相(xiang)接(jie)

，氧(yang)離(li)子(zi)穿(chuan)過(guo)電(dian)解(jie)液(ye)達(da)到(dao)正(zheng)極(ji)層(ceng)

，在(zai)那(na)裏(li)氧(yang)離(li)子(zi)與(yu)燃(ran)料(liao)發(fa)生(sheng)反(fan)應(ying)產(chan)生(sheng)電(dian)及(ji)副(fu)產(chan)品(pin)蒸(zheng)汽(qi)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)。 　　但dan此ci前qian的de方fang法fa是shi讓rang蒸zheng汽qi直zhi接jie暴bao露lu於yu燃ran料liao電dian池chi之zhi中zhong，這zhe會hui導dao致zhi燃ran料liao電dian池chi中zhong的de陶tao瓷ci層ceng受shou熱re不bu均jun甚shen至zhi損sun壞huai。新xin研yan究jiu中zhong，科ke學xue家jia們men采cai用yong了le一yi種zhong微wei通tong道dao技ji術shu
，讓rang蒸zheng汽qi從cong外wai部bu完wan成cheng和he燃ran料liao電dian池chi的de初chu步bu反fan應ying，不bu但dan減jian少shao了le電dian池chi的de損sun壞huai
，還hai增zeng加jia了le反fan應ying的de表biao麵mian積ji，提ti高gao了le反fan應ying效xiao率lv。通tong過guo該gai技ji術shu，反fan應ying過guo程cheng中zhong的de餘yu熱re和he廢fei氣qi也ye能neng重zhong新xin得de到dao利li用yong，又you進jin一yi步bu減jian少shao了le燃ran料liao的de消xiao耗hao。 　　實驗顯示，經過優化後的係統在2.2千瓦時
、1.7千瓦時的效率分別可以達到48.2%和56.6%。研究小組預計

，隻需再進行幾個小的調整
，他們還能將係統效能提高到60%。這不但高於內燃機15%的效率

，也遠高於同等體積的其他燃料電池30%到50%的效率。他們製造的單個試驗係統已能產生2千瓦的電力，這與一個典型的美國家庭的耗電量大體相當。經過擴展後

，該係統還能升級到100千瓦至250千瓦之間，能夠滿足50個至100個美國家庭的用電需求。 　　斯普瑞克對這一結果十分滿意。他說：“雖sui然ran這zhe種zhong小xiao型xing固gu體ti氧yang化hua物wu燃ran料liao電dian池chi成cheng本ben較jiao高gao，目mu前qian還hai無wu法fa大da規gui模mo推tui廣guang，但dan這zhe項xiang工gong作zuo向xiang人ren們men證zheng實shi了le這zhe種zhong技ji術shu的de可ke行xing性xing
，說shuo明ming在zai增zeng加jia發fa電dian量liang的de同tong時shi減jian少shao二er氧yang化hua碳tan排pai放fang並bing不bu是shi癡chi心xin妄wang想xiang。”他希望這項技術能盡快在單個家庭或公司獲得應用。 　　相關論文發表在學術期刊《電源》上。