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燃料电池的挑战与发展空间

2019/10/16 13:50:202736

　　固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcells，SOFCs)是复杂的电化学能源转换设备，相比于传统的火力发电系统，具有高转换效率、低排放、零噪音的优势。来自斯德哥尔摩瑞典皇家工学院能源技术系的黄秋安在汉斯《可持续能源》学术期刊上发表的文章表示，作为21世纪世界范围内大力发展和推广的燃料电池技术，通过电化学反应过程使化石类燃料中的化学能直接转化为电能，可大大降低污染；同时，由于能量转换不受卡诺循环限制，能量利用效率也得以大大提高，可达40%~80%。

　　纵观100多年的SOFCs发展史，一系列的挑战仍阻碍着其商业化进程，如高成本和低稳定性，上述挑战主要归咎于离子电导率和催化活性所要求的高温运行条件。传统的阴极、电解质和阳极三部件结构SOFCs主要从降低电解质厚度和提高电极催化活性入手，至今，所取得的关键技术发展和科学突破仍不够。　　基于被困于材料和固有的三明治结构，我们的研究从这方面取得突破，产生单部件无电解质燃料电池的革命。2010年，单部件无电解质燃料电池（EFFC）在瑞典皇家工学院的发明和研制成功，为燃料电池和SOFCs开创了一个崭新的方向，为燃料电池的商业化提供了全新契机。NatureNanotechnology选其为2011年研究亮点，“Threeinone”编辑文章报道。NANOCOFC和无电解质燃料电池的科学和技术具有重大的科学前瞻性和科学研究价值，并显示了重大的商业和市场前景。　　首先是纳米复合结构材料的使用，突破了离子在电解质本体传导的定势，构建了离子传导在本体和表面传导的复合纳米多孔超离子传导材料，然后是单部件实现了传统的三明治结构的发电功能。　　高效率、零/低排放和低噪音的燃料电池早日投入大规模商业化应用，不仅是能源危机的需求，更是环境保护的迫切愿望，这些需求和愿望呼唤新科学和新能源技术，期盼其在二十一世纪的能源和环境危机中脱颖而出。而集纳米复合材料与超离子传导和催化于一身的EFFC的研制成功，具有在新一轮的新能源竞争中胜出的巨大潜力，其最终的估算成本为100$/kW，而350℃~600℃低温运行条件，也为其长效稳定性提供了坚实的基础。