固体氧化物燃料电池的发展形势和任务

固体氧化物燃料电池(Solid OxideFuel Cell, SOFC)通过电化学反应将燃料中的化学能直接转化成电能，效率高、CO2排放少、无噪声、无酸性废气排放，被称之为21世纪的一种绿色发电技术。由于其运行温度使得燃料的内部重整成为可能，SOFC不仅可以使用纯氢燃料，还可使用煤气、天然气、沼气、甲醇等作燃料。利用煤气发电的SOFC未来的目标是大型化的发电系统，可望显著地提高火力发电效率，节能减排；由于其尾气中的CO2浓度很高，可以节约浓缩成本，便于CO2的埋藏而实现零排放。利用天然气重整发电的分布式或家庭用热电联供系统可望在城市智能电网中发挥重要的作用；利用生物质气发电的SOFC可望缓解生物质利用中的收集瓶颈，为广大农村提供优质的能源。SOFC使用大量稀土氧化物的特征，使其在我国尤其具有特殊的优势，借助SOFC的开发可望推动稀土产业进一步向高端产品发展，增加收益和创造就业机会。因此，我们认为SOFC是一个具有重大意义的技术，应该提高到国家发展战略的高度。

SOFC的商业化在国际上形势喜人，即将取得全面突破。2010年2月24日美国清洁能源公司Bloom Energy向全世界公布了其微型发电站 Bloom Box。这样一个系统的价格为70-80万美元，提供100k W的电力，而占地则相当于一辆车的车位。该产品在Google、FedEx、Wal-Mart和eBay等公司的园区进行试运行，已经取得了良好的效果。固体氧化物燃料电池的发展形势和任务目前Bloom Box的成本依然很高、售价昂贵，但其之所以能够高调推出，关键的一点在于其解决了衰减率的问题。该电堆系统号称可以在800℃下连续工作十年，这样设备折旧率平摊到每度电上的费用就变得比较容易接受。

2011年3月2~4日，在日本东京有明国际会展中心举办的第七届国际氢燃料电池展（FCEXPO 2011）上，JX日矿日石能源（ENEOS）公司展出了家用SOFC系统，其额定输出功率为700W，额定发电效率为45％，额定热回收效率为42％，蓄热水箱的容量为90升。据称该款燃料电池将于2011年10月在全球率先上市，而公司已于2011年2月24日宣布了这一消息（参阅相关博客）。

以上两例足以说明国际上SOFC产业化的趋势，也充分地说明了衰减率指标在SOFC实际应用方面的重要性。我国必须加速这方面的开发，必须迅速在相关界面反应机理等方面开展应用基础研究，设置并实施以973项目为代表的相关基础项目，为推动SOFC技术的实际应用而不懈努力。

作为一个高度集成的综合性技术，SOFC有着各种各样的难点。曾几何时，大面积单电池的制备与评价，电堆设计与组装的方法，电堆的密封与热循环等等方面在我国似乎都是不可逾越的难题。因为其困难，所以望而却步者众；因为其困难，所以未能及时得到足够的支持。锦上添花成为了一种时尚，而雪中送炭却似乎只是往昔的童话，距离我们是越来越遥远了。整体而言我国对SOFC技术的投入还显得过少，不仅比国外的相关投入差别几个数量级，也比国内的其它能源技术的投入相差数量级。在这样的背景下，加之技术本身的难度，我国SOFC水平与国际水平相比还存在很大的差距。特别是在电池堆的长期寿命方面，我们的衰减率指标与国外还有一个数量级的区别，在更大功率电堆的集成方面，也受制于电池一致性和生产规模等的影响。在这样的背景下，我们是继续观望还是积极投入？这里需要分析几个问题：

1. SOFC的衰减是不可克服的吗？

在SOFC技术的发展史上， 西门子西屋公司无论在系统发电规模（ 最大25 0kW ） 还是在衰减率（0.1%/1000h） ， 以及实际运行的寿命（ 数万小时） 上都做了里程碑式的工作。尽管由于其采用的技术（EVD,CVD）成本非常高，导致在产业化时遇到难以克服的困难，阻止了其实用化步伐，但是，其成果已经证明SOFC是可以实现长寿命的。正是由于这些成果，鼓舞了大量的科研人员、企业、各国政府机构几十年如一日地奋斗与投入，造就了前述的国际上产业化的喜人局面。

2. 我们可以等待发达国家的技术援助吗？

在涉及国家重大利益的问题上，西方发达国家从来就不讲博爱。这已经为无数的例子所证明，而SOFC也不例外。西方发达国家在涉及SOFC制备技巧、封接、系统集成和长期稳定性技术关键方面的成果，绝不会轻易地公开其秘密。SOFC的大面积单电池、一定功率的电池堆、密封材料粉体等还从未对中国销售过。“十五”863计划时国内甚至连3mm以上厚度的430不锈钢作为连接板材料都买不到，我们的科研人员就是在这样的条件下艰苦创业的。

近几年， 由于中国市场的巨大吸引力，SOFC电解质与阴阳极粉体原料，以及一些先进的合金连接板材料逐渐地得到开放，可以买到国外的产品，研发环境也逐步得到改善。然而，进口材料的价格是极高的，难以想象用这些原材料制备的系统产品能够留下多少利润空间。

3. 国内的科研人员是否具有足够的创造力？

在承认与国外差距的同时，我们应该看到积极的一面，看到核心技术的掌握对于一个国家经济和国防建设的重要性。我们这样一个大国，必须掌握核心技术的脊梁。这几年来，自主创新的思想被提高到了极其重要的位置，得到了应有的重视。SOFC技术由于其潜在的巨大价值，把它定位为脊梁级别的核心技术一点也不为过；而且，这方面必须走自主创新的道路，这一点尤其重要。

中国科学院上海硅酸盐研究所和国内其他兄弟单位（包括院内兄弟所和各高校）一直就是秉承自主创新的精神在进行SOFC科学研究的。在科技部和中国科学院的高度重视和十分重要的经费支持（非常期待企业也能参与支持）下，从无到有，从粉体制备、复合膜制备，到单电池、连接板设计加工、密封材料研发、电池堆组装、以及系统集成方面都做了大量的工作，申请了很多项专利，获得了具有自主知识产权的SOFC技术。与西方国家相比，我国SOFC项目每万元投入所取得的成果（性价比）要高得多。在国家项目的持续支持下，经过广大科技人员持续不断的努力，特别是国内优势单位之间的合作和专业化的攻关，SOFC技术难题一个接一个地相继被克服。以上海硅酸盐研究所为例，目前已经能够小批量生产20x20cm2的平板型单电池，能重复组装并运行k W级以上的电池堆，热循环等性能也取得了巨大的进步。在电池堆衰减率方面，我们本着科技工作者高度的责任感自我加压，在项目指标没有要求的情况下实现了低于3%/1000h的衰减率。

总结起来，SOFC难，但不至于难于上青天。国家的需要就是我们的使命。只要持之以恒，难题就会一个接一个地倒下。目前的形势是只差临门一脚，衷心希望得到大家的大力支持。

人物简介：

王绍荣，1964年出生。1983年7月毕业于成都科技大学化学系物理化学专业,1986年在同系同专业获得硕士学位后留校工作。1988年升任讲师。1994年赴日留学，在横滨国立大学环境科学研究中心从事固体氧化物燃料电池（S O FC）的研究并获得工学博士学位。1997年开始在筑波电子技术综合研究所作博士后，从事中温型S O F C的研究。2000年开始在位于东京的日本大学文理学部作助手，进行S O FC新型材料的研究。回国后在上海硅酸盐研究所从事平板型S O F C的研究，主持实施国家863计划课题。在学术杂志上发表论文约80篇，参加国际学术会议论文约50篇，申

请专利15项。