中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“氫能與燃料電池”專場，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員楊鈞在會上分享了主題報告《高溫燃料電池及其制氫儲能應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀》，以下為演講實錄：
楊鈞：大家好，我是來中科院的楊鈞。這是基于我們?nèi)ツ晖瓿傻慕o寧波市做的軟課題。下面我們跟大家分享一下我們在這方面做的一些調(diào)研工作。主要分為這幾個部分。
剛才幾位嘉賓都提到了巴黎協(xié)定和節(jié)能減排的事情。中國做的承諾主要也是二氧化碳的節(jié)能減排要下降60%-65%。在非化石能源就是新能源要提升到20%左右。在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，中國的能源結(jié)構(gòu)還是以化石能源為主，盡管新能源比例要提升，但是提升不會那么快。還有一個是二氧化碳排放的峰值和森林的蓄積量增加的承諾?？偟膩碚f要節(jié)能減排，要達(dá)到這個目標(biāo)，一個很重要的技術(shù)路線或者發(fā)展方向就是要發(fā)展氫能與燃料電池技術(shù)。
這在我們過去10年當(dāng)中，從國家到地方，從產(chǎn)業(yè)到學(xué)術(shù)科研圈，其實都有共識，就是要發(fā)展氫能和燃料電池技術(shù)。這是國家層面的一些政策或者是戰(zhàn)略的文件。其中，提到了氫能和燃料電池技術(shù)。高溫燃料電池技術(shù)SOFC實際上在幾個國家層面的戰(zhàn)略發(fā)展的文件里面也得到了體現(xiàn)。目前，社會上或者投資圈、產(chǎn)業(yè)界比較關(guān)注的還是低溫的燃料電池。實際從文件上來看，高溫燃料電池在國家層面上也是得到了一個比較大的重視。燃料電池剛才幾位老師介紹了背景，相信大家對高溫燃料電池也有一個比較感性的認(rèn)識。實際上是按照電解質(zhì)的種類來分類的，首先最早商業(yè)化的是磷酸燃料電池，接下來是熔融碳酸鹽燃料電池，然后是質(zhì)子交換膜燃料電池，固體氧化物燃料電池是金屬氧化物，是最新一代的燃料電池。它的發(fā)電效率也是所有燃料電池里面最高的，因為它的工作溫度比較高，所有的電池本身的關(guān)鍵部件全部都是用陶瓷材料，這是比較廉價的陶瓷材料。還有一個比較重要的特性就是SOFC可以使用碳?xì)淙剂线€可以使用氨。還有剛才方博士提到了SOFC的重要特點，反應(yīng)物和生成物全部都是氣相。一套設(shè)備可以實現(xiàn)發(fā)電和電解兩個模式。這是SOFC區(qū)別于其他燃料電池的特點。
從應(yīng)用場景來說，SOFC主要的應(yīng)有場景總結(jié)下來就是發(fā)電、供熱、制氫，還可以電解二氧化碳。從功率上來講，從20瓦到100千瓦都有。根據(jù)不同應(yīng)用場景做了一個分類。目前在不同的應(yīng)用場景下面，國內(nèi)外都有企業(yè)做產(chǎn)業(yè)化的工作。企業(yè)在這幾年迅速地增加。目前有十余家企業(yè)。這是正在做SOFC產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。
目前中國SOFC發(fā)展現(xiàn)狀，用一句話來總結(jié)，就是說目前已經(jīng)建立從原材料粉末到發(fā)電系統(tǒng)的完整技術(shù)鏈條。在每個關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，國內(nèi)目前的現(xiàn)狀是都能做。但是和國外先進(jìn)水平相比，跟他們的性能、耐久性方面，我們還是有比較大的差距。接下來也是一個整個SOFC行業(yè)需要攻關(guān)的一個階段。從技術(shù)路線來講，SOFC有很多技術(shù)路線。我們SOFC的技術(shù)路線主要受電池的結(jié)構(gòu)，電池的幾何結(jié)構(gòu)來決定。左上角是是電解質(zhì)的支撐結(jié)構(gòu)。SOFC可以分三層，陰級、陽級，中間用隔膜隔開。做科研用，做小型的鈕扣電池研究電極材料或者研究電解質(zhì)材料，同樣使用電解質(zhì)支撐性。美國BE公司把電解質(zhì)支撐型做大，現(xiàn)在的24千瓦25千瓦模塊也是用了這種結(jié)構(gòu)。
第二種是平板式結(jié)構(gòu)，它的特點是很薄。工作層里面是陽極的支撐層是最厚的。這是目前全世界范圍內(nèi)最流行的電極結(jié)構(gòu)。我們國內(nèi)做產(chǎn)業(yè)化做工程化的研究，過去也是以超薄平板式技術(shù)路線為主，平板式的電池性能比較高但是結(jié)構(gòu)強度比較低。左下角是管式電池，特點是比較容易做到大功率，但是缺點就是電流密度比較小。還有扁管式結(jié)構(gòu)，吸收了平板式和管式的優(yōu)點。
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來講，目前中國SOFC的產(chǎn)業(yè)化實際上有兩個來源。一個是從科研院所的成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化來做產(chǎn)業(yè)化的公司。一會兒會講一些代表的企業(yè)。還有一個是中國企業(yè)引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)。這也是一個有代表性的企業(yè)。還有初創(chuàng)企業(yè)做的自主研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化的工作。
一個例子來自武漢華中科技大學(xué)的，一會兒也有他們課題組的李老師來做這個報告。他們從粉末到發(fā)電系統(tǒng)做到了五千瓦的發(fā)電系統(tǒng)。最近取得了比較穩(wěn)定的發(fā)電性能，對這個公司也比較期待。還有一個是潮州三環(huán)，它在電子陶瓷方面有數(shù)十年開發(fā)經(jīng)驗的陶瓷公司。他們經(jīng)過了這些年的發(fā)展，在電堆工程化領(lǐng)域做到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。去年年初中央二臺報道了他們作為一個獨角獸企業(yè)，報道了他們最新的成果和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。還有，蘇州華清京昆公司，也經(jīng)過了將近十年的發(fā)展。在2019年也就是今年他們在徐州共同跟徐州當(dāng)?shù)卣献?，開展了一個固體氧化物燃料電池的產(chǎn)業(yè)化項目。預(yù)計2019年6月份可以部分試產(chǎn)。
下面跟大家匯報一下基于氫氣的儲能應(yīng)用。上面這張圖方博士講得比較明確。我們把棄風(fēng)棄光等用不到的電來電解水制氫，氫可以儲存起來。必要的時候再重新轉(zhuǎn)化為電力或者化工原料。在這樣一個循環(huán)的過程當(dāng)中，基本上沒有碳的參與也沒有碳排放。這是一個比較理想的能源循環(huán)體系。這里面，很明顯兩個關(guān)鍵技術(shù)，一個制氫一個發(fā)電。制氫方面，提出要大規(guī)模制氫技術(shù)和分布式制氫技術(shù)。大部分90%以上都是來自化工的制氫。在電解水制氫過程當(dāng)中可以實現(xiàn)無碳排放的制氫。電解水制氫技術(shù)里面高溫固體氧化物電池，電解水制氫也有它的特殊優(yōu)勢。首先能量轉(zhuǎn)化效率是最高的?？梢灾苯与娊飧邷厮魵?，因為本身工作溫度就高。
最后提一個發(fā)展建議。調(diào)研下來發(fā)現(xiàn)，SOFC燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)欠浅ｉL的。它有粉體燃料、單電池包括分裝再做成電堆、系統(tǒng)，系統(tǒng)后面還有各種各樣的終端應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)鏈非常長，靠一家單位很難把整條產(chǎn)業(yè)鏈做下來。我們的建議，希望各個環(huán)節(jié)上的或者有志于參與燃料電池產(chǎn)業(yè)的單位，我們作為產(chǎn)業(yè)鏈上下游，要形成一個合力來協(xié)同創(chuàng)新。這是做完調(diào)研之后得到的發(fā)展建議也是一個心得體會。我的匯報就到這里，謝謝大家！
