固體氧化物燃料電池技術破冰 產業(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發(fā)電技術，目前處于商業(yè)化初期。

　　歷經15年潛心研發(fā)，潮州三環(huán)(集團)股份有限公司(以下簡稱三環(huán))研究院突破了SOFC關鍵核心技術，關鍵部件的年出口額已超2億元。不久前，由其牽頭承擔的國家重點研發(fā)計劃“固體氧化物燃料電池電堆工程化開發(fā)”項目正式啟動實施。

　　“這是我市首個國家重點研發(fā)計劃項目，也是推進我市產業(yè)結構轉型升級的一個重要工程。”廣東省潮州市委常委、常務副市長張傳勝表示，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。

　　國內起步不晚，卻難以商業(yè)化

　　“SOFC電轉化效率高達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、機場等分布式能源領域應用，未來在綠色電網(wǎng)還能起到穩(wěn)定風能、太陽能帶來的電網(wǎng)波動的互補作用。”

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

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

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

　　近幾年，廣東更加注重科技創(chuàng)新支撐高質量發(fā)展，通過培育壯大高新技術企業(yè)、科技型中小企業(yè)等各類創(chuàng)新主體，大力支持企業(yè)建設研發(fā)機構，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委員會。研究院在SOFC技術研發(fā)中起到關鍵作用。

　　開發(fā)燃料電池，“燃燒”了15個年華

　　“首先要解決的技術是隔膜片。”陳爍爍介紹，燃料電池工作時，高溫之下，燃氣只要跟空氣一接觸就會劇烈燃燒而燒毀。“關鍵需要一層電解質隔膜片將正負極分開，阻擋燃料與空氣的直接接觸，又能導電。如果隔膜片做得厚，內電阻高，則無法通過大電流;做得薄，又容易漏氣。隔膜片的質量影響整個系統(tǒng)的可靠性。”

　　憑借過硬的技術積淀，研究院研發(fā)出的電解質隔膜片電導率和材料密度，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產品性能。為了測試穩(wěn)定性，一個測試至少要5000小時，測試任務太多，相關的老化測試設備擺滿了一間400平方米的大屋子。”陳爍爍打趣道，“這些單電池燒的不只是天然氣，還‘燃燒’了15個團隊的年華。”

　　從原材料到制作工藝的每一個步驟，研究人員反復測試，最終“拿下”所有技術難題。

　　“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1.5千瓦標準電堆，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，預計壽命可達到5年。

　　“固體氧化物隔膜片現(xiàn)已大量出口，因為技術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電解質隔膜供應商、歐洲市場上最大的SOFC單電池供應商。

　　吸引更多主體，整合資源謀發(fā)展

　　盡管SOFC技術已在國外市場推出并實現(xiàn)產業(yè)化，但我國由于缺少政策扶持、產業(yè)鏈尚未整合等原因，SOFC推廣應用還有待進一步開發(fā)。

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

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

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

科技日報記者 葉青