新型固体燃料电池.docx

新型固体燃料电池香山科学会议第97次学术争论会于1998年6月14日一17日在北京香山进行。会议主题为“新型固体燃料电池”。王佛松院士、W.WePPner（德国，基尔高校）教授、陈立泉争论员、孟广耀教授担当本次会议的执行主席。来自美国、日本、欧洲的8名专家学者和30余名中国专家学者参与了本次会议。这次会议是在总结介绍国内外先进燃料电池领域的现况、存在问题和进展前景的基础上，从社会可持续进展对绿色能源的迫切要求动身，侧重于对新型固体燃料电池争论开发中的新进展、新概念、新见解的沟通和争论。一、21世纪的绿色能源和最佳发电系统中国科技高校孟广耀教授作了题为“新型固体燃料电池一21世纪的绿色能源”的综述报告。他认为，一个适于全部化石燃料和其它生物质或可持续能源的绿色能源路线，是集汽化联合循环、无机膜反应器和陶瓷膜过滤器以及燃料电池为一体，进展新型固体氧化物燃料电池。这种新型燃料电池是采纳新型固体电解质，通过新奇的软化学制造路线实现薄膜化和整个结构优化的，可以在中、高温中操作，通过全面深化的基础争论可达到高效率、低成本，从而实现人类绿色能源的抱负。孟广耀指出，燃料电池是一类高能量转换效率的干净、平安和便利的能源系统，实际上也是一类包括燃料重整和转换以及电化学反应过程等在内的无机膜反应器。孟广耀综合分析了国际上固体燃料的争论现状和进展思路，认为SOFC是采纳离子导体陶瓷为电解质的高温燃料电池。与传统的燃煤燃气发电技术和其它燃料电池比较，SOFC有很多优点，SOFC被认为是最适合应用于电站系统的先进燃料电池技术。他还归纳了SOFC目前所遇到的主要困难，并特殊强调了制作中的软化学路线问题。中国科学院上海硅酸盐所严东生院士和温廷琏争论员分别作了题为“燃料电池特殊是固体燃料电池的回顾和展望”、“中国燃料电池的争论与开发”的评述报告。严东生概要地介绍了碳酸盐燃料电池及以固体氧化物燃料电池和聚合物电解质燃料电池为代表的新型固体燃料电池，分析了它们的进呈现状、各自具有的优点及存在的不足之处，以及今后的进展趋势。温廷琏特地介绍了碱金属燃料电池(AFC)、高聚物电解质膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SoFC)等四种电池在中国有关机构和工'业界的争论与开发状况，同时指出，与美国、日本、欧洲等尚有很大距离，但进展燃料电池已成为我国政策，预期可有长足进步。来自美国AlIiedSingnal公司的国际闻名燃料电池专家N.Q.Minh博士在对PEMFC和SOFC这两类电池的关键特性、关键技术以及它们的进展趋势进行争论之后认为，PEMFC和SoFC是目前进展中的两类主要的固体燃料电池技术，在发电应用(电站系统)方面具有广泛的适用性。瑞士联邦能源办公室燃料电池项目负责人LeODUbaI博士作了“瑞士争论开发固体燃料电池10年之阅历教训”的报告。他从项目管理的角度展现了技术成就，概述了所获得的最重要的阅历教训。瑞典皇家工学院朱斌争论员在对比分析传统高温SOFC与中温SSFC(SoFC或质子导体的SSFC)的各自优势后提出，投资小、周期短、见效快是基于现有各系统进展出的中温SSFC的基本特点。他对进展中温SOFC和相关系统的技术路线，以及如质子传导SSFC的材料、装置和技术等问题进行了可行性分析，展望了可能的进展前景。日本大井高校(OitaUniVerSity)石原博士介绍了“以双掺杂钙钛矿型(LaGaO3)优异氧离子导体作为固体电解质的中温固体氧化物燃料电池。指出Sr和Mg掺杂的LaGao3基钙钛矿型氧化物在很宽的氧分压范围内呈现高离子导电性。争论结果显示以LaCOo3基氧化物为电解质和以SmCO(H基氧化物为阴极对于进展中温固体燃料电池是极有前途的。日本三重高校山本治教授着重介绍了“用于固体氧化物燃料电池的ZrO2基氧离子导体”的争论工作。认为10-12%Sc23稳定的Zrfh体系的电导率高且稳定性好，作为中温固体氧化物燃料电池的电解质是具有吸引力的。德国基尔高校W.Weppner教授是国际固态离子学会主席，在会上就“Zr()2基电解质的预处理对电极动力学与氧离子交换速度变化的影响”进行了沟通。日本名古屋高校岩原弘育教授介绍了其所在试验室争论的一种在CH4和空气混合气流中工作的单室固体氧化物燃料电池，描述了这种单室固体燃料电池的结构特点，试验室争论组所做出的试验结果显示了该燃料电池及其部件材料的性能。中国科学院大连化物所江义争论员研讨了在降低操作温度下可能使用的电极材料。他提出可采纳LSM十YSZ复合电极和掺杂银的钻系、铁系复合氧化物离子一电子混合导体分别作为降低温度下使用的SOFC阴极和阳极材料。华中理工高校姚凯伦教授就降低温度、通过晶界改性降低电阻和SOFC中的输运问题进行了争论。中国科技高校夏长荣博士争论了软化学合成技术在中温燃料电池的薄膜电解质和电极膜研制中的应用问题。瑞典哥德堡工学院B-EMellander教授强调中温下具有质子导电性的材料对燃料电池应用至为重要。中国科技高校刘皖育副教授在发言中，阐述了用质子导体作为电解质的质子燃料电池的一系列新特点，并在众多的质子导体材料及其应用问题中，就中、高温质子导体在燃料电池中的应用评价争论进行了争论。中国科学院化冶所戴学刚副争论员认为，固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构是电池制备工艺的基础和技术创新的主要方面。此外，北京科技高校段淑贞教授对MCFC的进展，包括其材料问题、如阴极材料的溶解问题、稳定性问题、阳极材料的耐蚀性、电催化活性问题、金属隔膜材料的腐蚀问题等，以及MCFC的争论现状和存在的问题进行了争论，并指出MCFC电极材料性能争论及其表面改性，具有重要的理论意义和应用价值。二、固体燃料电池争论的新概念、新趋势及进展前景在国内外学者以学术报告方式为主体进行沟通争论之后，中国学者围绕新型固体燃料电池(SSFC)的新概念、新材料、新趋势，特殊是中温固体燃料电池(ITSOFC)的进展前景与关键科学技术问题进行了深化争论。1 .固体氧化物燃料电池(SoFC)的争论与开发觉状、问题与新趋势SOFC是国际上公认的下世纪绿色电源的最佳方案之一，已经受了数十年的研制，但其有用化、产业化的进程比人们预期要慢的多，存在的问题基本上与燃料电池的材料、构型设计、制作工艺和成本有关。为解决上述问题，SoFC的争论与开发消失了如下新的趋势：(1)探究新的高离子电导的电解质，以便将SOFC操作温度降低到600800C；(2)探究质子导体电解质，以质子导体为电解质的新型燃料电池具有若干特点且有创新的意义；(3)薄膜Se)FC。目前所用的YSZ电解质在典型状况下厚度为150500um。为降低YSZ电解质的高电阻带来的功率损失，目前特别活跃的争论趋势是降低YSZ层的厚度，进展薄膜型SoFC(4)新概念燃料电池一单室燃料电池和单体燃料电池。单体燃料电池是最近进展的另一新概念，在这种设计中，仅应用一种材料构成PEN电池的阴极一电解质一阳极3个部件。这些新概念电池探究的重要性在于可能会有更新的燃料电池体系问世。2 .中温固体氧化物燃料电池(ITSoFC)今后研制开发的方向目前SOFC的高操作温度(950100(TC)带来难以克服的困难，而将操作温度降至600800C,则会有很多优点。综述专家学者的发言，降低电池操作温度有两条主要途径，即探究具有高离子导电性的新型固体燃料电池材料和进展薄膜技术制作薄层电解质膜。(1)新固体电解质的探究。掺杂的氧化钠Ce2和掺杂的铁酸锢LaGaO3因在较低温度下具有较高的离子电导率而引人瞩目。在探究新型固体燃料电池材料时对原有Zrfh基材料进行改性仍是大有工作可做。为获得高电导率的电解质材料,降低晶界电阻也是一个重要的争论方向。(2)薄膜SOFC的研制。这些技术主要包括诸如CVD/EVD,溶胶一凝胶法，电泳法等化学方法和一些物理方法及陶瓷工艺技术，如溅射法、等离子喷涂法和压延法等等。已用这些方法制备了亚微米到微米级厚度的YSZ薄膜。3 .SoFC制作技术一软化学路线的应用燃料电池的制作技术最终打算着燃料电池堆的成败和成本，是有用化、产业化的条件。专家学者对软化学制备路线的应用进行了详细介绍和争论。他们强调，对于任何SOFC构型，都需要合适的制作技术和装配方法，以把电池材料组成电池或堆。预期在将来SoFC的制作工业中，软化学路线将起巨大的作用。4 .为实现OSFC的有用化，应加强材料科学与系统工程争论对于SOFC,无论是单电池、电池堆还是整个体系都是典型的“系统工程”。为了达到高性能SOFC的目标，全部的基础争论都应与系统分析框架亲密结合,以便使电池和电池堆设计制作过程和操作参数最佳化。为了既要创新性地解决SOFC的争论与开发中所遇到的问题，又要推陈出新提出新思想，应特殊注意下列基础领域的学术争论；（1）SOFC的热力学，包括SOFC体系中全部材料的热力学和阴极与阳极室反应的热力学;（2）制备科学与技术；（3）纳米材料电极和纳米电化学。三、中国进展以SoFC为中心的绿色电源的评述和建议与会专家学者全都认为，针对中国国情，应大力进展新型固体燃料电池，特殊是SoFC。进展以新型固体燃料电池为核心的绿色能源，对于中国这样一个以煤炭、石油等化石燃料为主体的、对能源需求多样化的我国来说特别必要。特殊是相宜以新型固体电解质及相应电极材料、联结、密封材料研制为中心开发中温固体燃料电池，进展具有自己学问产权的制造技术，尤其是薄膜化多层复合制备技术，这将会在高起点上为我们带来一系列高新技术进展的机会。要达到这一目标，应特殊注意具有明确阶段性目标的科学技术基础争论，特殊是材料科学、固体电化学、能源化工及相应的系统工程争论。资深院士严东生先生强调在固体氧化物燃料电池开发方面应有创新，而且要依据国情。如以什么燃料为主?要考虑到煤、石油等化石燃料在中国仍会在很长一段时间内起作用，所以FC要多样化,不能单纯进展只用纯H2为燃料的电池,这与FC的政策不符合,由于不行能用大量的H2,除非能廉价从H2中提H2。目前煤燃料占70%,50年月内不会有大的变化。从基础争论看，SoFC最有可能获得自己的学问产权，由于国际上也在研制当中，可以争论的课题多，有很多工作可做，要抓住机遇。