清華大學韓敏芳：產業化是中國固體電池發展必經之路 2016-11-29 09:59:07
摘要：清華大學熱工程係、熱能動力仿真與(yu) 控製研究所博士、教授、博導韓敏芳表示，協同合作走產(chan) 業(ye) 化的發展模式是中國固體(ti) 氧化物燃料電池的必經之路。
以下為(wei) 韓敏芳教授演講文字實錄：
韓敏芳：各位早上好，非常感謝組委會(hui) 有這樣的機會(hui) ，共同探討固體(ti) 氧化物燃料電池研究進展情況。今天我匯報的題目是“固體(ti) 氧化物燃料電池的技術進展和產(chan) 業(ye) 前景”。做科研和產(chan) 業(ye) 發展要麵對國家重大需求，在中國很長一段時間內(nei) 還會(hui) 依賴於(yu) 煤炭為(wei) 主要的能源資源，但是這樣的能源結構使得汙染問題、效率問題等等問題產(chan) 生。迫切需要解決(jue) 新的發電技術的方案，這時候固體(ti) 氧化物燃料電池應運而生，它可以直接氧化任何一種含碳的燃料，具有很高的轉化效率和很低的成本。
今年“十三五”規劃頭一年大家會(hui) 看到，未來國家對整個(ge) 規劃中，燃料電池都占有很重要的一席之地，主要是兩(liang) 個(ge) 文件，2016年剛剛出台能源技術革命創新行動計劃和中國製造2025。
能源技術革命創新行動計劃中，第九項是燃料電池，燃料電池主要關(guan) 注的給的目標分布式發電，固體(ti) 氧化物也在一起，還給出了新的要求，希望固體(ti) 氧化物燃料電池分布式發電係統壽命做到四萬(wan) 小時，這是很有挑戰性的指標。
中國製造2025是個(ge) 巧合，也是第九項，明確提出，能源裝備中要做到百千萬(wan) 和兆瓦級固體(ti) 氧化物燃料電池發電係統，不但給了壽命還給了量級。麵對國家大的規劃目標，我們(men) 是有責任來探討如何來實現這樣的情況，國家給出來的路線圖，希望2016年到2020、2025、2030年做到兆瓦級固體(ti) 氧化物燃料電池分布式發電係統。
我們(men) 目前的狀況，我們(men) 所這個(ge) 月26號剛剛成立了中國能源研究會(hui) 燃料電池專(zhuan) 委會(hui) ，一百多人來參加，人員上在中國是非常有保證的，我們(men) 863和973中也列了計劃。從(cong) 技術到產(chan) 業(ye) 上的過渡，今天談產(chan) 業(ye) 前景的發展，這個(ge) 過程中需要進一步的出台相關(guan) 政策的支持。
固體(ti) 氧化物燃料電池怎樣的定位呢？如圖，固體(ti) 氧化物燃料電池領域中，我們(men) 認為(wei) 是從(cong) 小型的便攜式到分布式熱電聯供、高性能的動力電源和大性能動力裝置都可以做到。世界範圍內(nei) 也有產(chan) 品，美國便攜式用在軍(jun) 隊上，日本重點推2011年10月份商業(ye) 化700瓦熱電聯動係統，大型的發電，美國的BE公司主要是做大樓的分布式供電，另外是三菱重工牽頭的200多千瓦的發電係統，電動車行業(ye) 永遠是非常熱的。
高性能電動車領域固體(ti) 氧化物燃料電池怎麽(me) 做？最好的特斯拉巡航裏程400公裏、豐(feng) 田的未來這款車也是商業(ye) 化，122升油箱。如果可以實現的話，以後也可以設想，現在用酒精下一步可以直接用汽車，包括得到混合體(ti) 、一氧化碳和甲烷類的混合氣直接供應固體(ti) 氧化物燃料電池發電，汽車整個(ge) 運行過程中適應路況這麽(me) 複雜體(ti) 係時候，固體(ti) 氧化物燃料電池然後進行給電池充電，這樣可以形成新的概念。日本的熱電聯供係統，2011年10月份宣布，現在已經裝了上萬(wan) 套了。美國分布式發電係統，矽穀很多著名的企業(ye) 中心配備有這種產(chan) 品，做的比較有代表性。三菱重工持續做發電係統，2012年日本東(dong) 京建裝的燃氣電機的發電係統，改進的係統可以在九州大學可以看到，東(dong) 京附近正在裝第三套改進的係統，號稱是整個(ge) 性能沒衰減，整個(ge) 效率達到90%。
中國的技術前景，我們(men) 怎麽(me) 做呢？把整個(ge) 發展分為(wei) 四個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈，從(cong) 固體(ti) 氧化物燃料電池主要是陶瓷材料，從(cong) 材料到單元器件到電堆和模塊以及到整體(ti) 係統，多學科交叉發展的情況和體(ti) 係。關(guan) 鍵材料中，大部分是陶瓷材料，還有一些金屬的連接體(ti) 和玻璃封接材料等等。
中國非常有優(you) 勢的，所有的材料中國都是很豐(feng) 富的，尤其是用到一些輕稀土資源，這是中國希望找到它合理用途的原料，目前有批量供應的性能穩定的分級材料。元件，固體(ti) 氧化物燃料電池即可以是板式的，還可以是管式結構的，但是目前大家希望做管式支撐的結構。
板式結構在中國和世界上也比較多，因為(wei) 比較容易做一些，在中國可以做到電解質的支撐電池，也可以實現量產(chan) 給市場上提供產(chan) 品，剛剛結題973項目的結果，量產(chan) 的燃料電池去做美國國家實驗室做的測試，幾乎達到了世界同等的最好水平。
早期的西烏(wu) 公司做的產(chan) 品，如圖，還有勞斯萊斯采用的也是板狀結構，他們(men) 是做大型發電的，微管式的結構是為(wei) 了解決(jue) 固體(ti) 氧化物燃料電池快速啟動的問題，平板式集成的更多了，BE是做的電解質支撐的結構，目前比較重點的主流是陽極支撐的結構，英國的公司是做的金屬支撐，這是作為(wei) 第四代固體(ti) 氧化物燃料電池是被普遍關(guan) 注的，也可以解決(jue) 快速啟動的問題，這是非常有前景的。
電堆模塊結構，有了電池和連接體(ti) 和封接材料，還有電池堆的設計，堆積到一塊就知道所有燃料電池中固體(ti) 氧化物燃料電池工作溫度是最高的，所以技術集成是最難的，目前是一點一點的探索的方式，中國經過20多年的研究也走出了自己的路，也可以獨立運行自己的發電係統，目前可以做到獨立啟動發電係統，雖然覺得性能還沒有那麽(me) 好，但是在中國已經解決(jue) 了有和沒有的問題。
我們(men) 要推動產(chan) 業(ye) 的發展，國家已經對這個(ge) 領域給予高度重視，產(chan) 業(ye) 要發展怎麽(me) 來走？中國的產(chan) 業(ye) 基礎，國際能源組織IEA每兩(liang) 年編一次固體(ti) 氧化物燃料電池進展的白皮書(shu) ，2016年初編的一期白皮書(shu) 第一次收錄了中國的企業(ye) ，年初匯總在中國有四家企業(ye) 被收錄進去，2010年成立的蘇州華京主要是專(zhuan) 門做固體(ti) 氧化物燃料電池產(chan) 業(ye) 的，第二家是廣州潮州三環集團，是做芯片的係統，是最大的電池片的供應商，2013年成立的合肥的一家公司依托中國科技大學公司的技術，2014年成立的寧波的一家公司。
固體(ti) 氧化物燃料電池在走向產(chan) 業(ye) 化過程中是非常難的，大部分企業(ye) 是很努力但是也很花錢，唯一在這個(ge) 過程中賺到錢的是潮州三環集團，它是美國BE公司最大的電解質片的供應商，在股市上也獲得了良好的收益，因為(wei) 有三環在股市上良好的表現，有軟銀孫正義(yi) 和BE的合作，這兩(liang) 年市場上在FC的領域炒的非常熱，但是固體(ti) 氧化物燃料電池的技術是非常難的，還是要一點一點做積累，比如華清公司是從(cong) 材料一直做到電池片，在固體(ti) 氧化物燃料電池目前獲得不了任何國外的支持，潮州三環作為(wei) BE的供應商也投入比較大的力量發展這個(ge) 產(chan) 業(ye) 和領域，上市公司斥資購買(mai) 了澳大利亞(ya) 的這家公司，合肥這家公司有新的結構，希望做到幾千瓦量級的狀態，寧波的公司也是蜇伏期一旦爆發會(hui) 有很好的成績。中國今年年初收集到的可以拿可以和大家說的四家公司，陸續的會(hui) 陸續的建立。
我們(men) 要思考中國固體(ti) 氧化物燃料電池到底怎麽(me) 走，國家的目標要聚集行業(ye) 的人財物的力量，如何實現真正的四萬(wan) 小時兆瓦級的電站，要想進行商業(ye) 化運行路還很長。國家支持我們(men) 做了五年國家973項目的成果，我們(men) 做到全產(chan) 業(ye) 鏈貫通，過程中做了幾個(ge) 示範工程，和山西晉煤集團做了煤層氣坑口發電的技術，迪士尼上海有一個(ge) 智慧建築，希望在這個(ge) 智慧建築立示範運行這樣的係統，固體(ti) 氧化物燃料電池技術非常有難度，現在解決(jue) 的是可以做出來，但是運行過程中如何更好的優(you) 化，包括獲得長期的數據需要和用戶一起來做示範工程這樣的運行模式。
已經做的工作、和正在開展的工作，如圖。這個(ge) 過程中非常意識到，產(chan) 業(ye) 要啟動的時候到現在是沒有標準的，有全國燃料電池委員會(hui) ，燃料電池到現在還沒有一項標準通過實施，整個(ge) 過程中10月份獲準，中國能源研究會(hui) 燃料電池專(zhuan) 委會(hui) 的二級學術機構，要推動啟動的是固體(ti) 氧化物燃料電池標準的建設工作，主要做兩(liang) 個(ge) 方麵標準工作，第一是社團標準、團體(ti) 標準，另外是尋著國標的體(ti) 係在走，全麵啟動固體(ti) 氧化物燃料電池相關(guan) 標準的建設工作。有了標準工作開始了，同時需要建設的是整個(ge) 測試中心，要做行業(ye) 建設的工作在，體(ti) 係過程中“十三五”開局也在陸續的部署開始做了。
國家規劃的目標，下一年要繼續開始工作，探討燃料電池在中國發展產(chan) 業(ye) 路線圖，之前沒有能夠把大家團結在一起來做，現在業(ye) 界的認識認識到需要開展這個(ge) 工作，2016年11月份剛剛舉(ju) 行的第十八屆固態離子學會(hui) 大會(hui) 上已經有了固體(ti) 氧化物燃料電池專(zhuan) 題的論壇，在26、25號中國能源研究會(hui) 年會(hui) 上，在燃料電池專(zhuan) 委會(hui) 成立大會(hui) 也做了動員，在2017年會(hui) 繼續開展工作，我們(men) 也會(hui) 推動多方麵的發展。
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