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[图]DIY电-SOFC固体氧化物燃料电池
日期:2014-12-25

 

DIY电-SOFC固体氧化物燃料电池

汪鸿生


        1、DIY电
        DIY是"Do It Yourself" 的英文缩写,即自己动手做。我们经历过DIY电脑,即根据自己的资金与需求来组装自己的电脑。如今我们正在经历一场新的DIY运动,如DIY热,在北方可以根据情况来配置家里的取热量,想让家里温度高些就多消耗一些电能,家里无人时可以调整暖气的热量以节能。同样DIY电,可以利用其他方法来获取电能,如太阳能、燃料电池等。
        固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)属于第三代燃料电池,是一个正在走向实用化的新一代电力工业技术,它以天然气、净化煤气、沼气和氢气等燃料,利用催化膜,把化学能转变为电能,是一种清洁、高效、零排放、绿色、环保、节能的发电新技术,也被认为是未来发电的变革性技术。可广泛应用于发电厂、分布式电站、家庭电站、汽车、电瓶车、移动设备电源等领域。(如电瓶车用“SOFC”,就不要充电,只要携带一个小小的燃气瓶,加一点燃料就能发电),这对国民经济和社会可持续发展有重大影响。
       2、SOFC工作原理


        3、SOFC优点
        SOFC与第一代燃料电池(磷酸型燃料电池,简称PAFC)、第二代燃料电池(熔融碳酸盐燃料电池,简称MCFC)相比,它有如下优点:
        (1)较高的电流密度和功率密度; 
        (2)阳、阴极极化可忽略,损失集中在电解质内阻降;
        (3)可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料,而不必使用贵金属作催化剂;
        (4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题;
        (5)能提供高质余热,实现热电联产,燃料利用率高,能量利用率高达80%左右,是一种清洁高效的能源系统;
        (6)广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极,具有全固态结构;
        (7)陶瓷电解质要求中、高温运行(600~1,000℃),加快了电池的反应进行,还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原,简化了设备; 
        (8)产品系列从微型、小型、中型、大型产品实现全覆盖。SOFC微型电池可以为笔记本平板电脑提供电源,SOFC大型电池堆装置在一辆汽车上可以为百户家庭提供生活电源。
         4、SOFC平板型产品优势
         目前SOFC堆的结构主要为:管状(tubular)、平板型(planar)、整体型(unique)三种,其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为SOFC的发展趋势。
         本项目拥有的国际领先技术,采用了平板型低温(300-600度)SOFC技术的开发技术,为发展新型环保能源提供了可靠的保障,无论是分布式发电和电力调度补充供电,以及电动车的直接供电都带来了希望。
          5、SOFC市场前景 
          SOFC今天面临的问题是低成本和市场竞争价格的挑战。国际上氧化物燃料电池(SOFC)已有工业示范,但是,由于造价高,家庭型SOFC装置售价为5万美元,经过很多年努力,仍然难于进入市场。其造价高是由传统SOFC高温为1,000度材料和技术造成的。所以,现在中、低温(300-800度)SOFC是国际发展的主流,而低温(300-600度)SOFC由于造价低,最具市场竞争力。 
         在材料和科学发展方面:由于材料的限制,大多数研发活动限制于用传统高温(1,000度)铱金属的二氧化锆(YSZ)材料制备微米级的薄膜来减   少电解质材料的电阻,以达到降低燃料电池操作温度的目的。但是微米薄膜电解质无法保证燃料电池的性能和重复性,而且由于YSZ 电导率的限制,仍然需要700度以上温度的操作。SOFC走向商业化,必须向低温发展。由于没有低温材料,SOFC面临巨大的挑战,而产业化和商业化迟迟不能实现。
        据日本“富士经济”预测:日本的家用燃料电池市场规模于2020年将达到3,075亿日元。世界范围的市场需求更大,将达到1,200亿美元。中国的移动电源,车辆电源的需求在2020年也将达到1,000亿元。
        6、SOFC项目技术优势 
       (1)低温SOFC电池部件和构造的工艺:采用自动化连续陶瓷喷涂的技术,实现规模化生产线连续生产,提供高质量成型膜,辅以陶瓷基带,丝网印刷技术,制备工艺周期短,效益高,可控度高,成品率高,节约综合生产成本,是低温SOFC成功和实用化的制备技术。
       (2)低温SOFC电池组制造:剔除了传统1,000度高温工艺对材料和密封技术的苛刻要求,避免了高温陶瓷件之间的硬性连接和密封的难点。利用金属薄片部件的韧性,实现软连接,使用进行有效部位的密封焊接,从而解决传统高温SOFC的密封难题。
         7、SOFC的SWOT分析
         (1)Strengths(优势)
         技术先进,配套服务,提供全套技术资料,高技术人才济济,工程经验丰富。 
         (2)Weakness(劣势)
         技术新颖,受技术专利池的影响;国人观念的转变,成本影响。
         (3)Opportunity(机会)
          减排政策的引领,新型能源政策的启动,为替代能源的尝试提供新机遇。深圳宝安区上千家材料企业,产值达160亿元,政府积极支持相关企业大干快上。
         (4)Threat (威胁)
         各国高度重视,价格优势的影响;国内研究机构与企业快速合作实现SOFC的产业化与商品化。 
         8、SOFC项目预期成果的经济、社会、环境效益分析
         中低温 SOFC作为发电系统最显着特点是能源利用率高和几乎零排放,与汽轮机联合循环的效率达到80%,远远超过我国火电系统约30%的效率。该技术的商业化将对现有的能源转换与传输系统产生巨大的影响,甚至产生巨大的能源技术革命。
         国外对SOFC电池组件的需求强劲,可以将电池组出口。在未来的若干年内,SOFC技术将成为动力装备制造技术的新型产业,经济社会效益巨大。
         联系邮箱: John_hong@126.com。

责任编辑:yo

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