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主题:这个SOFC有可能是汽车用燃料电池的“花明柳暗又一村” -- tojinge

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  • 家园 这个SOFC有可能是汽车用燃料电池的“花明柳暗又一村”

    大家先看看,某日本记者的博客:

    “您说是10月?是今年10月吗?”JX日矿日石能源的发表不禁令人怀疑自己的耳朵。该公司将在家用燃料电池“ENE-FARM”中追加使用SOFC(固体氧化物型燃料电池)款式。虽然发表没有提及,但单元已经确定为京瓷生产。SOFC款的预定上市的时间是2011年10月。SOFC的开发竟然进展到了如此地步……京瓷的实力真令人生畏。

      燃料电池分成PEFC(固体高分子型燃料电池)和SOFC两种。PEFC的电解质为塑料,SOFC的则为陶瓷。就技术水平而言,SOFC远高于 PEFC。但是,鉴于PEFC刚在市场上推出,人们自然认为SOFC时代的到来为时尚早。而现如今,SOFC的实现却如此之快,PEFC的位置危在旦夕。

      SOFC的效率高于PEFC。即将在10月上市的SOFC款ENE-FARM的额定发电效率也高达45%,比PEFC版高10%。由于其工作温度也比较高,因此反应无需昂贵的催化剂。家用燃料电池采用的是电能和热能并用的“热电联产”方式,配备了储存热水的水罐,其热水温度为75℃,比PEFC版高 10℃。因此,水罐的体积可以相应缩小。除水罐外,蓄热水单元的体积也缩小了36%。

      SOFC款的发电单元比PEFC款小46%。该公司只表示“结构可以简化”,并未做详细介绍,估计两者之间至少是在改性问题上产生了差异。家用燃料电池的原理是对城市煤气进行改性生成氢气,然后将氢气作为燃料。对于PEFC,改性过程必须完美无缺。否则便会生成一氧化碳。而一氧化碳会损伤催化剂,导致 PEFC“一氧化碳中毒”。

      SOFC没有如此高的要求。SOFC不使用会被一氧化碳损伤的催化剂,不仅没有上述问题,反而能够使用一氧化碳发电。SOFC真是太能干了。

      与PEFC相比,SOFC效率高10%,蓄热水单元小36%,发电单元小46%,但价格相等。这样的话,各位一定会选择SOFC吧。如果SOFC顺利投产,快速实现普及,家用燃料电池有可能跨过PEFC,直接进入SOFC时代。

      让我们把话题转到汽车上。如今,燃料电池车已经处于“濒死”状态。2002年12月2日,丰田和本田分别上市销售了4辆和1辆“全球首款”燃料电池车。但采用的是租售方式,价格方面,丰田为120万日元/月,本田为80万日元/月。“客户”是日本的中央政府部门,只能“勉强算是上市”。燃料电池当然是PEFC。

      打那以来,就基本上听不到燃料电池车的话题了。如今的新一代汽车已经是EV(电动汽车),而非燃料电池车。燃料电池车具有“价格太贵”、“氢气供应困难”等问题在开发之初就已经被提出,所以并不是燃料电池车偃旗息鼓的理由。如果硬要找个理由,也只能说是EV的势头太猛。

      但是,一旦SOFC早日投入实用,燃料电池车将不会再停留在濒死状态。

      这时会出现两种可能,一好一坏。先来说好的可能。当家用SOFC投入实用后,沿用其技术生产燃料电池车的做法全面展开。

      日产一直在坚持SOFC车的研究。该公司曾经考虑使用SOFC作为EV的增程发动机。增程发动机是EV中安装了自发电机的部件。作用是弥补EV持续行驶距离短的缺点。当电池即将耗尽时,发电机起动,在一段时间内以一定的负荷为电池充电,直至充满。日产的想法是把燃料电池作为发电机。SOFC的工作温度高,反应慢,不擅长突然的启动停止、提高降低负荷,但如果作为增程发动机,这个缺点就可以忽视。

      燃料电池的开发如今是家用和车用相辅相成。开发需要大笔资金。因此,电极、电解质膜、催化剂、分离器等厂商一直是以满足二者共同的需求为前提进行开发。如果SOFC在家用领域发力,自然会对车用领域起到推波助澜的作用。除了车用,再来看家用方面,大阪燃气也在研究热电联产,除了京瓷,丰田也在该公司的研究团队之中。

      再来说不好的可能。PEFC燃料电池车的时代恐怕不会出现。原因相同。正因为是以二者共同的需求为前提,那么,既然家用PEFC的时代不会到来,车用PEFC的时代自然无望。二者是一脉相承。

      当新一代和更新一代的技术同时存在时,如果两者的问世或普及的时间过于接近,很可能会影响新一代技术的普及。原因是回收投资的时间过短。对于开发PEFC的人们而言,JX日矿日石能源的发表恐怕是个重磅炸弹。

    • 家园 SOFC的情况

      SOFC的情况

      SOFC的研究自八十年代就开始了。至今美国DOE的几个国家实验室还在大手笔投入,并和一个公司(是不是United Technology,记不得了?)一起试图商业化。听一个太平洋西北实验室的PI介绍过一些情况。

      优势除了不需催化剂之外,就是可以用几乎各种燃料,天然气,油,酒精,生物燃料,CO。而对PEFC来说,只能用H2, 一点CO就会导致中毒。

      缺点是工作温度高,所以启动慢,怎么也要个20-30分钟。跟蒸汽锅炉差不多。没法用在汽车上。报道里似乎没有说京瓷的SOFC工作在100度以下吧?

      另外,基片是陶瓷,加工困难,容易出缺陷。系统scale up比较难。目前成本好像是$800/W (数字记不得了,应该是这个数量级)?

      所以他们的目标是用SOFC 做分布式电站,或智能电网的缓存。

    • 家园 sofc的路长的很

      SOFC的电极一般有稀土原料,成本高,发展也受限制。Google买过的那种大黑盒子状燃料电池的厂家就跑到株洲想弄稀土原料。

      这东西也诞生不少年了,就是因为电极问题一直没法推广。

      介于SOFC和有机质子膜之间的燃料电池,不止京瓷一家有。

      汽车上SOFC的高温废气没法回收利用,所以效率比电厂用会低。

    • 家园 关于SOFC的背景资料

      燃料电池分为高、中、低温电池。其中SOFC是高温燃料电池,其工作的范围在800-1000度,被称为第三代燃料电池。它是以陶瓷材料为主构成的。电解质通常采用氧化锆CrO2,燃料极采用镍(Zi)和稳定化的氧化锆(YSZ)复合多孔体构成的金属陶瓷,而空气极则采用氧化镧锰(LaMnO3),隔板采用氧化镧铬(LaCrO3)。SOFC燃料电池的反应式如下:

      燃料极: H2 + O2- → H2O + 2 e-

      空气极: 1/2O2 + 2 e- → O2-

      燃料电池堆: H2 + 1/2O2 → H2O

      从反应式看出,在燃料极,H2经电解质与O2- 生成H2O和e-。由于电子e-从燃料极不断生成,通过外部回路再返回空气极,从而实现燃料电池的发电。在空气极,则e- 和O2生成O2- 形成循环。

      SOFC是高温燃料电池,工作温度可高达1000度,不需要触媒作用情况下,即可直接在内部将天然气主要成分CH4(烃)改质成H2 ,至于煤气的主要成分CO可直接位移成H2作为燃料用。

      SOFC电解质是固体,与液体电解质的燃料电池相比,避免了电解质蒸发和电池材料被腐蚀的难题,电池寿命可长达7万小时。可直接以CO作燃料,燃料可以在电池内得到重整。示范业绩证明,它是未来采用化石燃料的燃料电池的理想选择方案。它既可作为中小容量的分布式电源(500KW~50MW),也可用于中心电站(>100MW)。

      通常情况下,SOFC不能用于汽车,这是因为其工作温度要求很高。

      京瓷搞的SOFC最让人震惊就在于这一点,它居然可以工作在80-100度之间,可是汽车运行的冷却液的温度。如果消息属实的话,汽车行业将迎来一场新的变革。

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