官万兵：中国高温燃料电池的发展现状与瓶颈及其解决措施

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员官万兵发表了题为"中国高温燃料电池的发展现状与瓶颈及其解决措施"的精彩演讲。

演讲内容如下：

官万兵：

非常感谢中国化学储能协会举办这样的专场，我给大家汇报一下我的工作，我一直做高温料电池，做了十几年，有些心得和大家汇报，我们前面也有专家介绍了，后面也有专家介绍。我重点介绍中国的情况以及现状存在的问题和我个人的思考。我从以下四部分来介绍我的工作。

氢能和燃料电池就是因为环境问题，环境的根源是社会发展太快，随着经济达到一定程度，人们对自然环境反过来的追求，又有新的追求，第三产业的发展已经达到最高值。实际上就是变相要求我们对自然环节提出新的需求，自然让我们发展新的技术，从我们来追求青山绿水，我们知道整个青山绿水在广东省是做得非常好的，他们特别有前瞻性的布局。30年前开始第一个商用化的核电站运行，可以说是核能给广东和深圳提供这样的自然环境。当我们来到深圳，我们发现这是所有一线大城市里面最好的自然环境的城市，来到这里非常舒服。要特别感谢中广核的贡献。随着核能发展的电力过剩，未来怎么办?全世界都追求氢能，广东省又走在前面，中国率先开始布局氢能政策的地方。给我们提供了机会，我们有没有可能在未来的几年重新再进入引领氢能社会。

为什么做燃料电池，特别是高温燃料电池，因为在未来的能源，我们一直提能源互联网，实际上电气热的互联互通，唯一日先这种电热气互联互通的是高温燃料电池，SO是可以快速响应和切换的技术。高温燃料电池是通向未来氢能社会的星光达到。下面我讲一下中国高温燃料电池的发展，中国高温燃料电池的发展，是80年代左右开始布局、研究，中国做得最早的是四位教授(见PPT)，是中国高温燃料电池的开拓者。经过第一代的发展，给我们一个起点，实际上这里面有两大的方式，一种是学院派，一种是技术派，科学院也有两类，做学术和技术的。到2000年左右的时候，我们又开始新生力量来产生。现在清华大学的韩教授以及宁波材料所2006年引进的王教授，还有华中科大李教授都是属于2000年之后回国开始做的。我们这种年龄应该是属于第三代研究的，但是2000年到2002年之间，2001年前后大量公司开始涌现。这些公司先后涌现，说明中国开始有大量资金或者公司注意到这个技术。

下面介绍一下每个公司的情况，先介绍一下电池方面，电池方面做得比较有特色的，我是介绍有特色的工作，一般的工作大家都比较了解。我们知道电池实际上最重要的是电池结构的控制，我们传统的电池结构就像白点控制，杂乱无章的分布。中国科学技术大学开发了把圆孔变成直孔的电池结构，可以解决燃料的气体扩散问题，可以解决它的农差引起的极化问题，它的电池扩散非常快。效率相对来说和性能都会高一些。下面这个是我们中国科学院上海硅酸研究所的工作，他们的技术特点是从电池到电堆到系统都有开发，他们最大的工作是可以做5000W的发电系统，这是他们硅酸研究所的。除了燃料电池，我们科学院还有一个燃料电池的应用，就是电解水制氢，目前国内科研单位做得最好的是我们中国科学院上海应用物理研究所，利用现有的电池开展包括电堆开展电解水制氢，做到5000W几千个小时的示范，他们开展百千瓦级的试运行。也可以做移动式的加氢站，SO是做移动式的电解水来进行加氢。

在公司里面，实际上也有几个典型的代表，简单介绍一下：一是清华大学韩教授开的公司，大家可以看到，他们有一些产品，比如密封玻璃、电极材料、电池、电堆和配套测试等，网上都可以看到。因为韩老师是中国SO界的代表，除了做这个项目本身公司之外，他也承担了一些国家的项目，利用国家的项目组织了一些队伍进行示范。比如晋煤集团在上海的迪斯尼做了大功率的示范。我们成立了两个专委会。二是华中科技大学李健(音)教授代表，他们成立华科福赛新能源有限责任公司，他们也有材料到电池到系统，寿命，千瓦级有几千小时的测试，电池有四五千小时，是中国测得比较长的。

这是潮州三环买断了一个公司的产权，在中国进行复制，快速提升中国燃料电池的水平，目前他们的电池、电堆和系统都做得很好，出口到德国国外。我们可以看到和欧洲的技术几乎一样，这个产品上过中央电视台，中国具备燃料电池系统小型开发的能力。研究所和公司不一样的地方，我们做技术开发，刚才也有老师提到，从2006年到2014年，我们团队经过8年的发展，是国家科技部的创新团队，应该说是每年能进入科技部创新团队，对团队的实力非常认可。最多的时候有一百多人，2014年就成立了宁波的那家公司，累计投入上亿元，SO需要大量投入才能真正做到系统示范，有感兴趣的公司也要做好心理准备，需要以亿为单位的。经过这么多年的发展，也有电池到系统的经验，为公司的发展，未来的发展做了很好的铺垫。虽然说中国在SO里面取得一些进步，但实际上与国际上的先进水平依然有差距，包括刚才周老师讲的美国情况，美国的那些公司原来了解比较少，周老师介绍之后更加清晰。大家可以看到，BE马上要上市，进入盈利就可以上市，这一定是高温燃料电池投资的风口。包括日本进入规模化，宣布开始规模化示范，250万千瓦的系统。SO除了大的，还可以做小的，特别是车，比如我们这个车，日本开发的增程式车，中国潍柴动力做发动机的，他们专门出资四千万欧元购买了一个公司的20%股权，把那套技术引进到中国，我相信对中国高温燃料电池是很大的推动。同时对车也会产生技术上的进步。

大功率电池能做成关键的因素，共性关键因素，我们要思考这个问题。中国研究了几十年，但是跟国外的差距那么大，原因在哪里?其实这里面涉及到一些关键的共性，我们发现他们的结构比较对称，它有技术诀窍在里面。中国特别有意思的是中国都在做不对称结构。不对称结构引起一些问题，一些基本问题没有办法克服，特别是材料热膨胀系数不同，没有办法从原理上存在，第二个是抗氧化还原能力，也就是说当运行这种电池，一定要保持非常好的保护环境，一旦出现不好的，可能就会死掉了。第三个是热引起的高温蠕变，我们要把它做成金属材料选择非常强壮。一个做不好，可能会导致系统的失效。我们希望有分工来推动行业的发展，美国、日本做得很好，值得中国借鉴。还有一个原因是凡是把系统运行得非常好的都是有很好的团队来做高效仿真。

借这个机会介绍一下SO的仿真团队，潮州三环把系统开发这么好，能上中央电视台，能出口到德国、欧洲，他们有一支仿真设计的团队在背后支撑他们，中国SO科研里面恰恰缺失这块。哈工大深圳本土有一支这样的团队来做这样的事，而且他们的力量非常强。他们有国家千人、杰青，对深圳市或者中国的SO推动都是很好的。

整个SO实际上就是三种应用的途径，一个是分布式，以美国BE为代表。二是CHP，以日本为代表。三是车，两个和日本有关系。日本人做事有时候就是小，但是可以做得很好。

中国应该怎么办?实际上有两个路可以参考，一是美国的路，大功率的。二是小型的车，增程器。车在这块，潍柴动力走在前面，买断了国外的技术，我相信在中国3-5年内这项技术会很快推动起来。未来最大的市场还是在分布式的储能，就是利用SO来进行从电到气的转换。面对这样的大功率市场应该怎么办?有两条路，一个是电解质支撑的结构对称性，我们做了十几年以后就考虑了现在存在的问题以后，材料所根据现有的经验，我们就提出了自己的技术，我们称之为“对称双阴极结构”，原来一片电池是一半，现在用结构对称性原理，把两块变成一块，中间通气。从仿真的角度，也就是说设计的角度，从理论上来看是不是可行。从目前来看，理论上来证明了仿真结构，从理论上是比较可靠的结构。这就保证了它长寿命运行的基础。

实验室可以做到600平方厘米，这是为了满足未来大功率的需求。包括批量化都可以把技术路线打通。整个材料所的目标就是围绕分布式，我们希望通过7-8年时间，在2025年和现有的有需求的公司去共同推动，建立中国的分布式电站的建设，包括希望一步一步达到这样的需求，接近欧美的先进技术。我们知道有些技术是买不到的，BE的技术不会卖给中国，我们必须开放自主创新的技术。

最后介绍一下我们的团队，目前人员比较年轻，但是我们有十几年的经验，我们的实验室不是特别大，基本上能够让我们开发出属于自己的东西。我们也欢迎有兴趣的企业、人员和我们交流合作。谢谢!

(本文根据现场录音整理，未经本人审核)