陶瓷燃料电池：不需充电的“发电机”

来源：互联网 2024-11-14 08:53:40 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们

陶瓷是典型的氧化物，以坚硬、易碎、不导电为基本特征，然而有一类陶瓷却是以离子的移动为特征的导体，那就是固体电解质。

固体电解质在各种传感器、透氧膜、全固态锂电池和燃料电池中均有广泛的应用，其中固体氧化物燃料电池由于采用了陶瓷电解质，也可以称为陶瓷燃料电池。

与一般的蓄电池或储能电池不同，燃料电池不需要充电，只要有足够的燃料供给，就可以连续不断地产生电能，因此可以理解为是一种”发电机”。与普通的发电机需要燃烧、产生高温高压气体再膨胀做功，最后得到电能的原理不同，燃料电池直接将化学能变成电能，效率非常高。其中基于陶瓷电解质的固体氧化物燃料电池工作温度高，电极反应速度快，不需要贵金属催化剂，具有最高的效率和最广泛的燃料适应性。此外，固体氧化物燃料电池的原材料需要较多的稀土氧化物，因此最适合我国的国情。

固体氧化物燃料电池的主要应用包括分布式的热电联供，其不需要大电网的输配电过程，又将发电副产的热能也利用起来，因此效率特别高，而且非常灵活。这种灵活性在应对冰灾、地震、台风等自然灾害，以及一些突发事件或战争打击方面非常有效。

对于银行、数据中心、离网基站等不能停电的地方，固体氧化物燃料电池可以作为主要的电源，避免停电带来的损失。

固体氧化物燃料电池也可考虑用于宾馆、商场等的冷热电三联供系统中，甚至用于家庭的热电联供；其高效率、低噪音的特点在有效保障热能需求的同时可以节约电费，为用户带来实际的收益。

固体氧化物燃料电池还可能用于汽车辅助电源、电动汽车增程器、便携式电源和无人机电源，其可以利用高能量密度液体燃料的特征为这些电源的续航带来巨大的便利。随着大功率固体氧化物燃料电池发电系统的开发，固体氧化物燃料电池分布式电站也可以极高的效率和极少的排放，解决城市的新增电力需求。

从能源利用效率上看，如果能把火力发电的效率从现在的40%革命性地提升到60%以上，那就意味着在同样的电力需求的前提下，可以节约1/3的能源，同时减排33%。如果再计入分布式热电联供的热能利用，并消除输变电的能量损失，固体氧化物燃料电池来的利益将更加显著。

我国科学家对固体氧化物燃料电池技术进行了深入的研究，目前我国已经拥有一支足够数量的固体氧化物燃料电池科研队伍，有好的原材料、单电池技术和电堆技术。但是，如何实现产业化一直以来都是困扰我们的一个难题。我们希望央企、国企，上下游的企业、投资企业以及地方政府给予固体氧化物燃料电池足够的重视，帮助解决成本、寿命、配套设备供应链等一系列问题，使之尽快实现产业化。

另外，我国的固体氧化物燃料电池发展之路，应该立足于我国国情，不要局限于天然气燃料，而应结合环保的需求，开发沼气、垃圾填埋气、有机固废气化气、煤层气、煤气化气、瓦斯等非常规燃料；结合便携式电源的需求，开发甲醇、酒精、液氨等燃料发电的电源；结合北方地区煤改气、煤改电的机遇以及冬季供暖的刚性需求，开发沼气、石油液化气等发电的热电联供系统；结合多元化技术，开发固体氧化物燃料电池与余热锅炉、热泵、溴冷机等结合的冷热电三联供系统；结合电动车充电的需求，开发固体氧化物燃料电池的充电桩。

（作者单位：中国矿业大学）

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