固态氧燃料电池的新应用

本文为在中国汽研举办的“2019第二届新能源汽车测试评价技术国际论坛”上，英国Adelan公司的Michaela Kendall教授带来的《固态氧燃料电池的新应用》。

化石能源的广泛应用，带来方便快捷的同时，也导致了严重的空气质量问题。要改善空气污染，同时阻止气候变化，这在实际中意味着现在要减少对于碳的依赖，在各个领域中要更多的使用可持续能源。Michaela Kendall表示，世界上最大的燃料公司建议要让整个生态成为氢碳的系统，远离纯碳，可以与氢结合，而固态氧燃料电池——SOFC的应用是一个能让氢为我们的能源环境做出巨大贡献的途径。图1所示为可持续能源供应系统。

图1：基于氢能驱动燃料电池的永久可持续能源供应系统

随着SOFC的不断发展，SOFC不仅在静态的状态下应用很好，而且已经可以应用在汽车领域，例如英国的SOFC公司现在正在和中国的潍柴合作开发车用的SOFC。目前市场上的燃料电池有PEMFC、DEMC以及SOFC，图2所示相关参数的对比表明，SOFC在成本上具备很大的优势，应用到汽车上也是极具吸引力的。

图2：Battery, PEMFC, DMFC, SOFC参数对比图

Michaela介绍英国的Adelan公司是一个自1996年成立做燃料电池的家族企业，核心业务是做SOFC。他们聚焦于SOFC的研发，关注技术发展，政策领域对燃料电池发展的支持，也会关注燃料氢、碳的供应，以及整个创新链的问题，以此探索燃料电池上市的阻碍以及如何在传统的领域替代柴油的使用。Adelan公司的产品主要用于UAV、汽车，也在努力使燃料电池技术变得更加普适。

图3所示为一个露营车，它有一个100W的系统，电池可以通过SOFC充电装置进行充电，电池也给冰箱、微波炉、空调等部件供电。目前Adelan的合作伙伴有3万辆露营车是在市场上为消费者使用的。此外还有列车、公共汽车、卡车等车辆公司进行合作的SOFC产品项目。

图3：SOFC露营车

此外，Adelan公司使用Tesla Model 3车型做了SOFC增程器的研究，图4展示了能源供应结构的对比。在纯电动车Model 3的基础上加上50kW的固态氧燃料电池，成功的延长了它的续航里程，而且也可以将整车的重量减少到289kg。

图4：基于Tesla Model3的SOFC增程器设计对比

Adelan 公司有很多SOFC业务是在其他市场展开的，但它取得的一些成果也可以应用在车辆上。例如在节能减排方面，和柴油发动机相比，SOFC可以减少97%的二氧化碳排放。此外，使用固态氧燃料电池另外一个显著的好处就是可以减少运营成本，图5所示表格为不同发动机类型对应的运营成本。固态氧燃料电池的运营成本是最低的，回报周期大概是两年半。在运营成本、空气质量减少碳排放方面，固态氧燃料电池有显著的优势。

图5：不同发动机类型的运营成本