专家：大家好，很荣幸今天有机会跟大家分享一下固体氧化物燃料电池的技术与产业发展现状。

我的报告分为四个部分，首先讲一下碳综合的背景和 SOFC（Solid Oxide Fuel Cell，固体氧化物燃料电池）技术的关系。

碳中和的背景是从 2020 年开始，在联合国大会上面首次强调的，2030 年实现碳达峰，2060 年实现碳中和。双碳目标最早在国内是以解决环境问题和能源问题两个主旨来呈现的，实际上双碳目标背后的大国战略，我觉得有三条。

首先是绿水青山就是金山银山，是关于环境的。另外一个就是降低单位 GDP 的能源消耗，这个是关于产品当中的能源成本。

第三个就是要保障中国的能源安全，我国是一个多煤、贫油、少气的国家，所以每年需要进口大量的石油和天然气。如果我们能够用自己丰富的可再生能源作为能源的主要来源，替代掉一部分进口，那么中国的能源安全会得到很大的改善。

大概是 2019 年开始，氢能在社会上、资本界、产业界都是非常的热门，那个时候我们叫氢能1.0， 大家非常注重零碳排放。也就是说煤炭、天然气、石油为主的能源体系会不那么受重视，所以 当时推动声音比较大的是可再生能源，电解水制氢。

氢作为储能的一部分，在用于燃料电池发电或 氢燃料电池汽车里面的一个特征是它是排斥碳的，里面是没有碳的参与的，所以叫零碳排放的能源 体系。

最近提出氢能 2.0，这里面实际上氢是有一个比较大的问题，就是它的物理特性，它没有办法在常温下面实现很高效率、低能耗的压缩，无法压缩液化，所以限制了它的快速推广应用。在氢 2.0 里面，化石能源已经不那么被排斥了，相反的是为了保障中国的能源安全。

中国最多的能源是什么？

显而易见是煤， 煤里面会产生碳，如何清洁利用煤炭是我们国家氢能 2.0 里面非常重要的一块，同时仍然有可再生能源制氢，另外一个就是在冶金化工高排放、高能耗的产业降低单位能耗，降低它的 碳排放，这就是氢能2.0 更丰富的内涵。

不管是氢能 1.0 还是 2.0，燃料电池都是非常重要的核心技术。燃料电池实现的功能是电和燃料， 也就是能源之间的高效转换，是通过电化学反应来实现的直接转换，所以它能量和物质的转换效率 会特别高。

另外它没有污染，因为在进到燃料电池之前必须经过除硫或者脱硝处理。还有一个是低 噪音无震动，因为它里面没有机械传动的过程或者是热循环的过程。

燃料电池按照电解质种类可以分为五种，质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池。

前几年就是质子交换膜燃料电池，也叫 PEMFC，这一类燃料电池在交通领域，特别是车用领域，商用车、大巴领域得到了很好的发展，它的工作温度是在 80℃左右。

今天我要分享的是固体氧化物燃料电池，它的电解质是陶瓷氧化物，氧化锆等廉价的金属氧化物，它的工作温度在 600-800℃之间，是一种高温的燃料电池。

这种高温燃料电池是以廉价的陶瓷氧化物作为原料，基于电化学反应的发电装置，它的反向通电是具备电解水或者二氧化碳制取燃料的功能。

值得一提的是它在两种工作模式当中，不管是发电模式还是电解模式，都是同类技术里面效率最高的，能源和物质转化的效率是最高的。另外，在发电方面，它有很好的燃料选择性，氨气、氢气、合成气或者垃圾气都可以用来发电。另外一个就是可以电解水，也可以电解二氧化碳，这样它就形成一个水和二氧化碳跟氢和一氧化碳的碳中和循环。

所以我们会说 SOFC 是专门为碳中和而生的一种燃料电池技术。

这是一个简单的工作原理，电池是由电解质把空气和燃料来分开，空气和燃料是不直接接触的， 通过电化学反应形成回路，所以 SOFC 实质上是一种叫氧浓差电池。

它的核心就是把两侧燃料分开的电解质，电解质要求是致密的，厚度很薄，大概只有 10 微米，它是一种传导氧离子或者质子的一种特殊的氧化物。

从材料体系上来讲， SOFC 分为阴极、电解质、阳极，每块电池跟电池之间会有一个连接板， 跟 PEMFC 是一样的。

SOFC 电解质目前已经成熟的材料体系主要以YSZ 为主，它是一种氧化钇稳定的氧化锆，阴极材料是以镧锶钴铁，就是 LSCF 为主，镧是稀土元素，然后会有一部分的钴和铁。

阳极材料是以镍和 YSZ 为主，大概有一半体积的镍，所以整个材料体系里面镍的使用量是最高的，其次是氧化锆，其他有一些镧、钇这些稀土，再就是锶、钴、铁这些不那么贵的金属，所以它整个材料 体系里面都没有贵金属。

金属连接板用的是高温钢，当温度在 700℃左右的时候，铬的含量是不那么高的，可以用常用的不锈钢材料，那么上面会涂一层锰钴尖晶石，也是很便宜的，技术也很成熟， 密封材料是云母和玻璃，所以它的整个材料体系里面都不包含贵金属。

在技术优势方面， SOFC 和传统发电技术相比，因为它是使用固体氧化物作为电解质，它的工作温度是 600-800℃，在这么高的工作温度下面，它的化学反应的速率是非常快的。

从动力学来讲， 它的能耗是相当小的，另外一个高温下，钙钛矿阴极和镍阳极，两个电极材料的催化活性就已经足 够高了，所以不需要贵金属。

还有一个就是镍基的阳极不会被一氧化碳毒化，这个优势也让它可以 使用几乎所有的常见碳氢燃料以及氨气来发电，不会像 PEMFC 一样被一氧化碳毒化。

其次，高工作温度降低了电池的欧姆电阻，整体效果叠加起来导致它的发电效率是所有燃料电池里面最高的，可 以达到 50- 65%之间。

发电效率跟传统的发电方式来比，因为它只有一个步骤，没有机械传动的步骤， 所以它的效率是要远远超出一般的火力发电或者别的发电技术。

跟 PEMFC 比，它的发电效率也是要高出 10- 15%。

另外一个它没有固体颗粒物排放，因为甲烷之类的碳氢燃料进去之后，可以被催化分解成一氧 化碳和氢气，转化率是非常高的，非常接近 100%。

另外，因为空气和燃料不直接接触，而且温度只有在 700℃左右，所以它是没有氮氧化物的排放的，也是没有震动，没有噪音的。

另外一个是它的工作温度在 600-800℃的时候，它排出来的废气具有高品位的热能，可以应用于冷热电三联动系统。

另外，我们把 SOFC 再进一步跟现在比较流行的 PEMFC 做一个比较。

首先是材料方面，SOFC 没有贵金属；PEMFC 里面有两个比较贵的东西，一个就是电解质膜，全氟磺酸树脂，另外一个是贵金属电极。

第二个比较大的差异是燃料的要求，所以 SOFC 是吃粗粮的燃料电池，它可以用到所有的碳氢燃料和工业副产氢，而且不需要提纯、纯化之类的；但是 PEMFC 对一氧化碳的含量要求特别 高，要在1ppm 以下。

在工作温度方面，PEMFC 的余热在 100℃以下的；而 SOFC 是在 600-800℃ 之间，也可以通过热交换来控制它尾气的温度，它的热利用领域应用范围就更广。

这些特点决定它 们的应用的主要场景是不一样的，SOFC 更适合于分布式发电、增程器、热电联供或者是制氢。

PEMFC 现在我们看到的常用应用领域就是氢燃料电池汽车。

另外，目前 SOFC 在材料上面是可以实现全国产化，本身中国也是对日本、美国供应 SOFC 粉体原料的。

PEMFC 里至少全氟磺酸树脂还是 依赖于外国供应，国内当然也有很多厂家在攻克此技术。

另外一个模式就是电解模式，SOFC 在 700℃ 时，它的材料体系既对氢气和一氧化碳氧化反应有很好的催化活性，也对水的分解反应有很好的催 化活性，所以在高温下面 SOFC 发电和电解的材料体系是完全一样的。

这样就是说在同一个电堆或者同一系统里面，通过系统设计可以实现一体化的功能，也就是这个设备既可以发电，也可以电解。

在电解这一端，跟目前常见的碱性电解水和质子交换膜电解水相比，固体氧化物燃料电池的理论电耗更低，同时它还可以直接电解高温水蒸气和二氧化碳，这使得它的电解效率甚至可以超过100%。

另外，它电解完出口的尾气仍然是处于高温状态，出来的氢气和一氧化碳是有条件直接接反应器实现绿色合成的，这是一个绿色化工或者是绿色冶金的概念。

我们看每平方米氢气的电耗，碱性电解水现在比较国内一般水平在 5.5 kWh/m3，质子交换膜现在国内的水平大概是 4 kWh/m3， 氢邦科技在上个月达到的是 3.84 kWh/m3，所以SOFC 的能耗要比碱性电解水和质子交换膜电解水要低得多。

另外，它可以实现可逆操作，而且是唯一一种可以电解二氧化碳的电解体系。

从未来产业链上来比，纯氢 1.0 体系和氢能 2.0 这两个体系里面， PEMFC 和 SOFC 做一个比较，其实可以看出来他们擅长的地方。

在纯氢体系里面，是电解水制氢，我认为它的成熟度是中度的，但由于氢的特性，它的储氢和运氢规模化始终没有得到很好的解决。

PEMFC 的技术成熟度领先SOFC 大约 5 年，但是受制于中间环节，整条产业链目前闭环是比较困难的。

所以虽然国内的PEMFC 非常火爆，也有很多企业推出了自己的车型，工信部的氢燃料电池汽车的名单已经有 300 多种，但是全国正在运行的氢燃料电池车并不是很多，这是一个卡脖子的环节。

在富氢 2.0 的体系里面，我们实际上不光使用纯氢，还使用天然气、煤制气、工业副产气、生物质气、垃圾填埋气等等，这里面有相当一部分是可燃废气，这些气体的特点是它的燃料相关工业体系是非常成熟的，也就是说前端的燃料制取、储存、运输都已经不是问题，包括重整和提纯，都是有非常成熟的工业技术可以使用的。

这些体系里面出来的气体因为含有一氧化碳，所以 PEMFC 使用的时候，必须要经过非常高程度的提纯，增加了燃料处理成本，发电效率至少要降 10%，并且会影响它的耐久性。

而这些出来的气体直接是可以给 SOFC 发电的，问题就在于 SOFC 目前的技术成熟度还不如 PEMFC 高，所以将来当这两个技术达到同样的技术成熟度时，我认为 SOFC 是更有优势的。

SOFC 发电系统的组成可以大概分为这几类，气体供应和循环装置。

气体供应到系统里面，还有燃料处理和换热模块，出来的气体和热到电堆里面进行发电，电堆是发生电化学反应的场所，另外就是控制系统。

所以核心模块是电堆，电堆的技术路线决定了整个链条的技术路线，从粉体原料到电池，电池组装为电堆，电堆在跟重整器、换热器、燃烧器组合为发电模块，发电模块再加上气体供应系统和控制系统就成为燃料电池系统。电堆的技术路线决定了整个链条的技术路线。

下面讲一下技术路线。

SOFC 其实是一个很长的发展历程，经过近 30-40 年的发展，最早是电解质支撑的，它分为阴极、电解质和阳极三层，哪一层是起到支撑作用的，我们就把它叫做电解质支撑、阴极支撑或者是阳极支撑。

最早一代是电解质支撑，也就是它中间电解质是比较厚的，然后发展出了阳极支撑，会把镍/YSZ 阳极做的比较厚，第三代、第四代会去改材料体系。

整体的发展历程是电解质支撑向阳极支撑发展，电解质把它做得非常薄，因为三层里面电解质的电阻是最大的。

还有一个趋势就是从高温向低温，800℃往 600℃发展。目前大概有三种常见的电池形状，管式电池、平板式电池、平管式电池。管式电池就是像一根 吸管，但是粗细、长度都不太一样，像三菱重工的最长的是 1.8 米长，厚度大概 1 厘米，特点就是很结实， 但是功率密度比较低，因为太厚了，所以温度要在 900℃以上才行。

平板式电池做得很薄， 平板式电池有两种，一种是电解质支撑的，中间的电解质做的很厚，但是因为电解质的电阻太大了， 所以它就要在830℃条件下面工作，也是一个高温体系。

平板式电池还有一种就是阳极支撑电池，目前国内绝大多数公司都是用的这种体系，这种体系的特点就是制造相对来讲比较容易，但是它会很薄，它的特点就是功率密度非常高，但是它很不结实，因为太薄了，0.4-0.6毫米，很容易就碎了。

还有一种电池结合的管式和板式的优势，把它做成一个平管式，就是一块板子里面它实际上是有很 多贯通的孔道， 也就是你从截面看它是方形的，但是它有很多根管子。

它的特点就是跟管式一样很 结实，又没有那么厚，所以它的功率密度会比管式要高很多，但是没有平板式那么大，也已经够用 了，所以它工作温度也在700℃左右。

下面我们讨论一下应用场景，首先是发电，因为 SOFC 的这些特性，我们认为它是比较适合用于分布式发电、热电联产或者备电。

中国实际上超超临界火力发电机组技术是非常领先的，但是1GW 的火电机组的效率大概是 46%，而SOFC 是在 50-65%之间，所以它的发电效率要比我们最先进的火力发电技术还要高，如果 1GW 的火电机组换成 SOFC，同样是用天然气来发电每年可以减少标准煤的消耗 39 万吨，这是一个很大的数字。

但是它的特点不管是 1 千瓦还是 100 千瓦，都是模块化的，效率都是那么高，而火力发电当它功率规模降到几个兆瓦，甚至到几十个兆瓦的时候，它的发电效率就只有 30-40%，所以 SOFC 它有很好的分布式发电的优越性。

另外，它的热还可以用于热电联产，所以是可以用来分布式发电或者远离城市电网的，类似南海岛礁、边防哨所这些地方也可以使用。

第二个应用场景就是利用它的制氢能力，因为刚才已经提过了，它的制氢效率是最高的， 所以制氢储能解决弃风弃光或者是电网调峰，因为它一台设备既可以发电也可以电解，所以它用于 电网调峰也是非常合适的。

另外一个就是利用工业废热、电解水质、电解水蒸气或者电解二氧化碳， 这也是只有 SOFC 才能做到，因为其他两种的工作温度都只有 80℃左右，碰到高温水蒸气或者是高温二氧化碳就要先降温。

第三个应用场景是 SOFC 在车上也是可以用的，尽管它的体积功率密度和能量、重量功率密度都不如 PEMFC，但是它的一个优势是它可以使用这些液态燃料，PEMFC 只能用高压储氢罐。

高压储氢罐，像丰田的 6 公斤的氢气储氢罐，如果换成液态燃料，LNG 或者甲醇， 那么储存的能量可以提高 5 倍左右，它的续航里程就会大大提高。

所以 SOFC 作为商用车的增程器或者是船用的辅助电源，目前也是得到了很多的重视。

这里举一些具体的例子，SOFC 的应用场景有地下煤气化、合成气，主要成分是甲烷、一氧化碳和二氧化碳。

乙烷制乙烯项目里面主要成分是氢气，但是里面会有很少量的一氧化碳和乙烯、丙烷残留物，这些少量的杂质对于SOFC 来讲，不是什么问题，但是对于PEMFC 来讲，是需要增加一道提纯工序的，所以在副产氢的利用方面 SOFC 具有很好的优势。另外一个就是页岩油改质热解气， 里面是以氢气、一氧化碳为主。还有天然气水合物试采气是以甲烷为主。

低产的煤层气井、偏远的地区的油气田供能，这些是以甲烷为主。所有这些气体特点都是比较廉价的燃料来源，加上很大的供气量。这一块我们可以看到 SOFC 可以应用的领域以及这个市场规模都是非常大。

另外一个就是利用便宜的电来电解水制氢，电解水制氢了之后，为周边的工钢铁厂、化工厂提供绿色的氢源。

这里我做了一个简单的经济性分析，SOFC 的度电成本按照 10 年的使用寿命去计算， SOFC 的系统成本跟它的生产规模有关系，目前还没有达到很大的规模，但是我们判断到 5GW 的时候，它的系统成本可以降低到 5，000 元/KW，再算上安装成本、维护成本、投资利息，按照 10 年发电的电量去计算，每度电里面的设备成本大概是 0.07 元，其实 0.07 元设备成本是很低的。

度电成本里面比较高的一块是燃料成本，如果是用天然气发电，按照天然气 2 元/方，平均发电效率 55%来算的话，燃料成本大概是 0.37 元/度电，这样每度电的发电总成本就是 0.44 元，这个电成本是电的成本，每度电因为产生 0.1 元的热收益，如果热也利用起来可以减掉 0.1 元，成本就是 0.34 元/度电。

这对于燃气公司的商业立场来讲，它每度电就会有比较好的经济效益，但是这跟燃气的价格有关系，现在天然气的价格也非常的高，所以当天然气的价格十分高时，经济性就比较难保证。

但是我们看另外一个案例是乙烷脱氢制乙烯的项目，它每年副产氢是 4.3 万吨，每年要消耗这些副产氢大概需要 SOFC 的功率是 100 兆瓦，因为它是副产氢，一般是排掉或者是处理掉，但是它如果作为燃料的话，成本肯定是要比燃料低很多。

我们计算按照 5 年的产出，毛利大概是 14 亿元。所以我们从简单的两个例子中可以推断出 SOFC 经济性的关键。

第一条是规模化的量产，把设备的总成本降下来。

第二条是燃料成本一定要便宜，燃料可以是便宜的天然气，或者是可燃废气，甚至是像垃圾填埋气等本来是需要花钱去处理掉的燃气，这样燃料就会比较便宜，成本就会降下来。

还有一个就是使用寿命长，就是说要做到 10 年的使用寿命，日本 SOFC 已经做到了 10 年，它的下一个目标是要做到 15 年，即每一台设备的发电总数会更多。最后一点就是要热电联用，就是它出来的热一定要用起来，这样会很好的提升它的经济性。

这是我做调研的两个文件，一个是能源发展战略，另外一个是碳达峰的行动方案。

从这两个文件里面我们都可以看到，SOFC 是非常符合这两个文件的，因为能源发展战略提出节约优先，立足国内，绿色低碳，创新驱动，这里面其实都提到一个很重要的就是煤和天然气。

碳达峰行动方案里面也是异曲同工的，它也是提到了煤炭的清洁利用，然后要提升天然气的占比。

碳达峰行动方案还提到了钢铁行业、石化行业的脱碳，这也是 SOFC 的电解二氧化碳或者氢冶金，那么 SOFC 都是能够在这些方面发挥很大的作用。

下面谈一下SOFC 的商业化进程和代表企业。

SOFC 在国外可以说是度过了一个技术的开发期， 初步进入到商业推广期，目前还是商业示范，有几家典型的企业，美国 BloomEnergy 是目前世界上最大的 SOFC 的企业，它的技术路线是电解质支撑，电解质用到了钪这样的稀有元素，同时工作温度在800℃以上。

它的开发时间超过了20 年，2018 年在美国上市，成套设备现在最大做到了250 千瓦，大概 2014 年的时候，还是 25 千瓦的小机柜，整个一套应该是由 8 个并成的，所以是 200-250 千瓦，发电效率超过 60%。

在 2020 年之前主要是用于雅虎、沃尔玛，苹果、微软这些大型公司的数据库；或者是作为他们的基础用电系统，用天然气来发电；或者是用美国的页岩气来发电。

它的商业模式就是出租设备，设备给安装好，然后向这些企业来卖电。近年来在韩国它也是开拓船用 SOFC 和 SOEC 的应用场景。

特别是在 2021 年，它跟韩国的SK 公司签订了一个 500 兆瓦SOFC 发电系统的 43 亿美元的大订单，也是给我们 SOFC 行业带来曙光。

但是它的一个问题就是因为原材料里面有钪，而且它的金属连接板是全铬金属连接板，因为温度很高，要抗氧化，所以它这两块的成本也是比较高的，现在的成本达到了 2，000-3，000 美元/千瓦。此外，运营维护的成本也比较高。

第二个点评的是Mitsubishi Power，叫三菱动力，三菱动力是另外一种技术路线，是大型的管式 SOFC。

它的燃料是天然气，工作温度达到 900℃，900℃的工作温度对一般的不锈钢用不了，所以它的整个材料体系都是特殊的。

它的一个特点是 SOFC 发电系统和微型燃机是连用的，这个大圆筒里面是 SOFC，后端是接了一个微型燃气轮机，整体是一个 200 千瓦的系统，实测运行超过 2 万个小时。

目前日本的试运行一共有 5 台，在 2020 年实现对欧洲的出口，也就是说它的发电效率，包括性能、寿命都是很不错的，它里面也是加压运行的，都很不错，但是它的问题是价格太高了，目前也没有很大规模的推广。

下一个是更小一些的 SOFC 的代表，日本京瓷。

京瓷开发的是平管型的阳极支撑燃料电池，京瓷的一个特点是它的陶瓷制造实力是非常突出的，它开发 SOFC 也超过 20 年。

在 2012 年，它发售了世界上首套商业化 SOFC 的热电联供系统，是专门针对日本家庭设计的，只有 700 瓦，最近它也开发了更小的 400 瓦及更大的 3，000 瓦。

京瓷是专门为家庭来设计的，它的发电效率是 50%，热电联供效率超过 90%，预测寿命达到 9 万个小时，它的产品是保修 10 年，每年停止启动的次数是小于10 次，它是持续工作的，尽量不停，是瞄准家庭户用市场。

700 瓦的热电联供系统供应的是 700 瓦的基础电力和 60 度的热水，最近加上补贴它的价格低到了 100 万日元，但是它的目标价格是 50 万日元，但是我判断它想再往下降是非常困难的。

因为麻雀虽小五脏俱全，虽然它功率很低，但是它该有的燃烧器、换热器、脱硫器、重整器一样都不能少，目前它应该是销售台数最多的，大概有2 万多台。

下面这一家 Ceres Power 也是非常有代表性的，它是一种金属支撑的 SOFC，也就是说它的三层电池是以非常薄的姿态做在金属基板上，这也是比较新的一种技术，它是用不锈钢作为支撑体， 用激光打孔技术制造气体通路，在金属的支撑体上面来做陶瓷的功能层。

因为不锈钢有很高的热导率和电导率，所以它的工作温度很低，启动快，可以用于汽车。近年来它也是在推固定式发电和SOEC 的市场。

2015 年日产汽车发布了 e-Bio Fuel-Cell 的乙醇增程器式汽车，Ceres Power2018 年是被潍柴收购了 20%的股份，现在跟潍柴动力、博世、康明斯一起开发商用车的动力系统。

Sunfire 近期是聚焦于 SOEC 的系统，在 2018 年发布了一个 30 千瓦/150 千瓦，前面是发电功率，后面是电解功率。

2021 年宣布一个目前世界上最大的 250 千瓦的 SOEC 的电解制氢示范系统，现在 Sunfire 有一个计划是要用大型的电解系统来构建兆瓦级的SOEC 的制氢系统，它出来氢适用于炼钢厂绿色冶金用。

国内有代表性的企业首先是潮州三环，潮州三环最早也是专业陶瓷公司，主做电子陶瓷，2005 年开始给 Bloom Energy 供应电解质片。

在 2012 年收购了澳大利亚的 CFCL 这家专门做 SOFC 的公司，通过这个收购获得 SOFC 的成套技术，潮州三环自己也是长期投入研发，2022 年发布了一个1 千瓦的示范系统，这个系统是有 3 个 35 千瓦的系统组成的，实现了上网发电。

另外一家国内比较大的企业是潍柴动力，潍柴动力 2018 年收购了 Ceres Power，潍柴在氢能这一块是两条腿走路，既有 PEMFC 的产业布局，也有这个 SOFC 的。

2020 年它发布 SOFC 建设项目，预计总投资是 15 亿元，要做商用车的 SOFC 系统，同时也要开发固定式的发电系统，用于山东的氢进万家的项目。

国内做 SOFC 的企业，我这里做了一个简单的总结，简单来讲就是央企、国企和上市公司，现在投入 SOFC 的企业还是非常多的，大概可以分为这几类。

一类是像国家能源集团、中石油、中石化广东能源集团、南方电网，这些相当于他们是用户，自己有气，有市场。

其他比如新奥燃气、佛山燃气、深圳燃气也在关注这一块，其实五大燃气公司都在关注 SOFC，因为他们手里有燃气资源。

还有像杭锅股份、深冷股份、宁波东睦这样本身已有这个技术的企业，可以成为 SOFC 产业链上的一环，他们也是在 SOFC 方面进行了布局。

下面介绍一下 SOFC 方面的一些创业企业，早期的企业大多数都是来自于科研单位的成果孵化，也有像浙江臻泰这样从国外回来的，以初创企业的形式来开发SOFC。

宁波索福人是 SOFC 行业里面技术发展的比较快的一家，它原来的出处也是中科院宁波材料所。

宁波索福人 2014 年成立，现在最大的系统功率可以做到 25 千瓦，也是打通了从粉体到系统的技术路线，以平板式的 SOFC 为主。

徐州华清技术背景是清华大学，它的技术路线也是平板式的 SOFC，2019 年在徐州建立 25 兆瓦的电池生产线，系统功率目前我看它的主页上面发布的是 0-5 千瓦，可能有更大的但没有发布出来。

华科福赛的来源是华中科技大学，华中科技大学也是做了将近 20 年，它也是平板式的 SOFC，打通了粉体到系统的技术路线，2015 年发布了一个 5，000 瓦的天然气 SOFC 发电系统。

浙江臻泰的技术路线跟其他三家不太一样，它是用流延法制造了平管式的 SOFC，它的电池结构和材料体系都是非常特殊的，可能全世界就这一家，但是它的系统做的还是很不错的，做了可逆的 SOFC 的发电系统，最大系统功率目前是 1，000 瓦。

下面介绍下浙江氢邦科技有限公司，氢邦的核心技术团队成员都是来自于中科院宁波材料所燃料电池团队，核心技术是大面积平管型SOFC。

刚才介绍了京瓷的 SOFC 也是平管型，但是它跟氢邦科技的电池结构是不一样的，而且它是瞄准户用侧，做的电池特别的小；氢邦科技的电池面积大约是京瓷的5 倍，而且氢邦科技的目标是要做百千瓦级的SOFC 发电系统。

这种电池的特点是高性能、长寿命、高可靠性，它的抗破坏载荷能力是提升了 20 倍，达到 1，200 牛，热循环能力超过 100 次，一般的平板型电池大概是在 5-6 次。

目前氢邦科技单体输出电池的功率是全世界最大的，超过 100瓦，一般的电池都是在 30-40 瓦左右，这是氢邦科技具有自主知识产权的一项核心技术。

氢邦科技基于量产的大电池做了开发电堆，从百瓦级到目前 5，000 瓦级的电堆，目前的成本大概是 1 万元/千瓦，估计到 2025 年量产的时候，从材料和人工、加工成本来估计，电堆成本可以降到 3，000 元/千瓦以下。

除了电池电堆的开发之外，氢邦科技目前也在开发 SOFC 系统，这个系统是以多燃料发电为目标的，以氢气、甲烷、甲醇、合成气等。

从产业链来说，SOFC 从粉体制作成电池，集成为电堆，整合成发电模块，然后在燃料电池系统里面使用。

氢邦科技掌握了整个技术链，但是主要的精力一开始是放在电堆和发电模块上面，电池 和原料都已经找到了国内非常优秀的供应商，像原料、双极板，都是 BE 的供货商。

系统是跟下游的中石油或者是浙江能源集团，联合开发 SOFC 的发电系统或者是制氢系统。

这样就是说整条产业链氢邦科技都已经找到了国产化的合作伙伴，是一条国产化的精品产业链。

作为整条产业链里面最关 键的电堆技术的掌握者，串联上下游的核心环节，推动全产业链的协同创新是氢邦科技的发展理念。

目前氢邦科技已经建成了电池生产线、电堆装配线和测试中心，前期的投入已经接近 3，000 万了，实现了千瓦级电堆的研制和小批量的制造，现在正在攻克 5，000 瓦级的电堆量产。

目前的产品包括电堆系列，其中 1，000 瓦的电堆是销售最多的，另外一个就是 SOFC 的相关设备，测试设备或者是第三方的测试服务。

从2023 年开始，随着5，000 瓦系统的开发成功，以及50 千瓦系统的开发进展， 氢邦科技会去积极的寻找示范项目和技术服务。

目前的销售情况，氢邦科技已经进入中石油、南方电网的能源央企的采购名录，包括美的也跟氢邦科技采购了电堆，氢邦科技主要的目标市场是电力电网企业、燃气化工企业，都是有开发 SOFC 发电系统或者是电解系统的意愿，或者是有气体资源的，或者是有应用场景的，像中石油是有应用场景要使用设备的，主要是这三类。

最后汇总下技术路线，这些技术路线里面目前耐久性和性能比较好的商用电池，三菱动力、BE 和日本京瓷的技术路线是不一样的，但是各有优缺点。

一个共同点是电池都很强壮，有很好的可靠性。

目前氢邦科技达到了比较好的初始性能和耐久性，接下来在 2023 年氢邦科技的目标要把寿命延长到 5 万个小时，这样的电池也是比较有利于开发百千瓦级的大功率系统。

最后简单介绍下液态燃料和 SOFC。

最开始的时候，我提到了氢能 1.0 向氢能 2.0 的转变，里面最大的原因是氢气的极难压缩液化的物理特性，决定了它的规模化的储氢和运氢是一个比较难实现的问题，也是氢能 1.0 里面的关键瓶颈问题。

一个解决方案就是我们把氢跟碳去结合，或者是跟氮结合生成甲烷、甲醇、乙醇或者是氨气这样的储氢介质，这些燃料实际上储存和运输，包括制造、压缩都不是问题，这样就是在这个里面制造一个旁路，绕过纯氢的带来的这些技术难题。

这个里面我们列了一下氢 2.0 可以选用的成熟的燃料体系，实际上就是乙醇、焦炉煤气，焦炉煤气是大量的可燃废气，液化天然气、液氨、甲醇、一氧化碳，甚至柴油、丙烷、丁烷、辛烷这些石油气都可以作为 SOFC 的燃料，它们的共同点就是制造规模大，安全性高，成本低，可以液化，还有储运技术成熟，同时在甲醇以上的这些燃料，焦炉煤气不算，实际上都是可以利用可再生电力来制造的。

我这里列举的首先是碳氢燃料，碳氢燃料包括天然气、生物质气这些是比较干净的能源。

焦炉煤气、催化干气、垃圾填埋气这些可以认为是可燃废气，还有其他的副产氢之类的，更多的可燃废气，这些都是碳氢燃料。

它们的特点是主要燃料气是甲烷或者一氧化碳，二氧化碳和氢气，发电的时候只要脱硫就可以达到一个很干净的燃料状态。

添加水和二氧化碳就可以抑制它的积碳反应，目前已经有示范应用的SOFC 的项目里面，大部分都是用天然气，Bloom Energy、大阪煤气、日立造船、潮州三环及索福人都是天然气为主的燃料。

我们国家能源集团的北京低碳院在宁夏煤业做了一个煤制气，也就是氢气和一氧化碳的合成气来发电的 20 千瓦系统。

SOFC 用这些气体发电是完全没有问题的。

第二个就是以液氨代替纯氢的零碳排放方案，氨气是一种很重要的化工产品，全人类社会里面有 3-5%的电力是用于合成氨的，以氨气作为储氢介质的时候是很容易压缩液化，它在室温下面只要8 个大气压就可以液化，或者是零下 33 度常压就可以液化，而它液化后的体积发电量比天然气，比LNG 或者是液化氢还要高，这样它就是一个非常好的氢的替代燃料。

还有很重要的是它发电的时候不产生碳排放，即使产生氮氧化物，因为氮氧化物是酸性的，而氨气是碱性的，也很容易被氨气除掉，所以它是一个非常好的纯的无碳能源。

这样我们就把刚才氢 1.0 方案中间这一块改掉，可再生电力用来电解水制氢，同时可再生电力还可以从空气中制氮，原料就是来自于水和空气，电完全是可再生的，这是非常干净的原材料体系和能量来源，这样就用于合成氨，合成氨是一个非常成熟、非常高效的过程，而生成的氨气很容易液化压缩储存，最后到氨气的利用。

最近几年就是氨的能源属性被全世界都认识到了，我们国家稍微晚一些，在 2021-2022 年的时候，十四五的新型储能发展实施方案才确定氨在储能方面的重要地位。

发改委也是确定氨的储能属性，实际上我们看日本、澳大利亚、英国、丹麦很早都意识到氨气替代氢的重要功能。

刚才提到可再生电力电解水制氢、合成氨、氨气的储运都不是问题，那么氨气的利用目前燃料电池是一个很重要的方向，还有氨的燃烧发电和氨的内燃机这一块国内都是大力在推动，至少 5 年前国内还很少有听说做氨能源的，但是最近感觉这块热度急剧提升。

最后一个是醇类燃料，首先甲醇、乙醇是可以用煤来制取的，煤是我们国家最根本的东西。

从 煤智取甲醇和乙醇，它是最便宜的，另外也可以走可再生电力电解水制氢，然后二氧化碳捕捉利用， 这样的路径来制蓄甲醇，也就是说有两个路径都可以继续甲醇的液化压缩运输，储存都不是问题， 直接用 SOFC 来发电。

目前开发的第一套 5，000 瓦 SOFC，就是利用甲醇做燃料的，甲醇和氨气被认为是液体阳光，就是因为它完全可以来自于可再生电力和水以及二氧化碳或者是空气，所以这两块 是接下来一个非常重要的发展方向。

最后简单的介绍下中科院宁波材料所和氢邦科技的 SOFC 方面的应用研究，主要分为两块。

一块是多燃料发电，这是做的天然气发电，焦炉煤气发电、甲醇、乙醇发电、氨气发电；还有一块是电解水，电解海水或者是电解纯二氧化碳，或者是水跟二氧化碳电解制取合成气，作为绿色化工的原料，这些都是现在正在做的事情。

Q&A1.电堆关键原料国产化情况怎么样？

电堆的关键原料包括电池的粉体原料，金属连接板，这个是不锈钢，还有一些玻璃密封材料， 主要是这几类。

这些国产材料质量是很高的，而且价格是非常便宜的，大概是日本的 1/3，目前 BE 也是在国内采购这些原材料。

2.核心技术壁垒主要是哪一块？

寿命主要影响因素是什么？

整个系统来讲，核心的模块还是在电堆方面，其他的一些零部件像换热器、重整器、燃烧器， 还有一些泵，这些都不构成壁垒。

壁垒主要是在电堆方面，电堆因为是高温的陶瓷件，夹在金属的两层连接板中间，它的密封是用玻璃来密封的，而玻璃、金属和陶瓷这三种东西它的热膨胀系数都是不一样的。

另外一个就是本身电池上面，一片电池上面除了支撑体之外，还有 5 层功能层，每一功能层的热膨胀系数也是不一样的，在 700℃以上的工作温度下面，特别是还有加了电流，气体流动这些干扰因素之后，电池本身的微观结构的破坏，或者是密封结构的破坏会导致性能衰减。

也就是说寿命衰减的主要影响因素是在电堆的内部，一个是电池发生破坏，一个是密封结构发生破坏， 主要是这两个。

在电堆层面，我们的机械设计、制造，每个零部件的一致性很重要，在系统里面实际上是要通 过系统的控制，包括结构的优化，使得电堆在高温上面它是处于一个比较舒适的工作状态。

所谓的 舒适就是说它内部里面没有很大温度的差异，比如说出口和入口的温度相差 200 度，这样它热胀冷缩， 温度高的地方膨胀的多，温度低的地方膨胀的少，这样中间就会有应力，那么就会把薄弱的环节， 比如说陶瓷或者是玻璃的界面上会产生结构的破坏，造成性能衰减。