清华教授韩敏芳:固定氧化物燃料电池技术进展及应用

2017年12月06日16:50  来源:人民网
 

人民网12月6日电 今天,第二届氢能与燃料电池产业发展国际交流会在广东佛山举行,清华大学热能工程系教授韩敏芳就固定氧化物燃料电池技术进展及应用做主题报告。

演讲实录:

各位朋友下午好,非常感谢组委会给我们这样一个机会介绍燃料电池的发展情况。今天的报告主要讲固体氧化物电池,我们也知道现在整个能源处于变革时期,是一个非常多元化能量共存的时期,尤其是基于我们中国目前还是以化石能源,尤其是煤炭为主的能源结构形式,我们希望推动燃料电池技术的发展。

大家知道燃料电池是通过电化学反应发电的技术,我们可以看到用煤固定燃烧,通过电化学过程在100多年前就已经发现,所以到现在为止才走向应用阶段。右边的图是1896年固体氧化物燃料电池,是谁真正把燃料电池推向应用?是英国的科学家,他做成5000瓦的碱性染料系统。过去100年过程中经历了波折的发展过程,我们到今天为止有五大类发展电池。这是我们讨论最热的,固定燃料氧化物电池,现在最廉价的化学提炼出来了。中间是处理过程,右边是各种燃料电池应用情况,具体的事情就不展开了,发电效率高、污染少。固定燃料氧化物电池有很多商业投资界关心的成本低,因为发电成本低,二是投资成本低,下面这张表是能源部给的出的数据。在所有的新一代能源技术中,固定燃料氧化物电池的发电技术及SOFC技术投资成本低1/3,非常有投资前景,应用广泛广。

世界上都关心它的应用,看几个恩里,分布式系统日本做得最好,日本还做大型发电系统,就是上午彭苏萍院士讲的。2009日本就把样机做出来了,2000千瓦的系统,现在在日本已经有多台了。另外一家非常有创新公司诞生于硅谷,17兆瓦的燃料电池,德国、日本还有很多这样的建筑,做得非常好。看下面的这张图,我后面是5.5兆瓦的电站。美国分布式发电系统,用户都是非常熟悉的企业,都用了固定燃料氧化物电池,尤其是数据中心。

汽车行业,比如特斯拉可以跑400公里,丰田跑500公里,2016年用乙醇燃料30L的油箱,完成了一年的测试,下面是原理图,非常有前景,如果可以实现,未来的汽车行业可能有变化。我们的燃料电池太热 ,中国的燃料电池从0到1飞跃,从0到1是比较难的,我们所有的人都在构筑历史。中国相关的政策也是2016年出台了,比如中国制造2025年。当然对氢能、燃料电池有非常详细的规划、目标,对于固定燃料氧化物电池我们想说的分布式供电系统,希望做到的寿命4万小时,量是百千瓦。

我们要落实具体的事情,实施的路线图,这是国家给出的。最后看看中国燃料电池进展情况,针对一系列的科学问题和问题开展5年研究工作,到去年结题,我们要直接使用碳氢燃料,研究碳氢燃料在使用过程中的稳定性,我们要构建所有的材料,从原色尺度、微观纳米尺度、电池的微米尺度最后到整个宏观体系。我们还要把电池做起来,有的点出路途非常遥远,还要做发电系统,固定燃料氧化物电池在700-800度下工作,所以每一步都是非常艰难的过程。

我们从电源电池看,我们有结构设计,作出了发电模块,就有一个发电系统,在过去的5年当中,我们基本上走通了全产业链而且在中国落地了。复杂的材料都是氧化物的材料,庆幸的是都是用氢材料,我们的行业从0-1构建以后,所以说想投资燃料电池是一个非常好的机会。

有了这么复杂的电极材料,右边是电池的情况,要做到工业上可以用的,上面是它的性能测试,这个性能是我们直接把大电池所到丹麦的测试中心。我们中国在固定燃料氧化物电池还没有标准,世界上的标准也在构建过程中,只能和权威的单位合作,丹麦做出来的性能出来非常好的。下面就是一个组合,我们更没有模块化,有了这个模块,目前我们针对的是 发布式发电,我们做到这样的程度,也做了15千万的系统,去年参加广交会的展览,去年还参加了山西太原的展览。我们推进产业的落地,我们一直在努力。

整个973项目的完成,最后是看落地的情况。这是前面5年的工作,在国家重点研发计划的支持下,继续做的二氧化碳零排放,是国家研发部过的,我们要做的是ITCC基础上争取做煤气化、燃料电池发电,实现高效发电,我们这个时候得到的高浓度、高纯的二氧化碳。这样一个图是一个陈院士挂帅。

我们还要关注行业发展,我们今年推动燃料电池产业联盟的具体落实,以构建行业的发展,这个行业在世界上非常热,有很多次被国内外的活动做学术交流。我今天就讲到这里,谢谢大家!

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