獨家對話清華韓敏芳教授：中國第三代燃料電池預計三五年商業落地
缺油、少氣、富煤的能源格局決定了中國將會在很長一段時間內，將依靠以煤炭為主要的能源資源。
同時，這也意味著，中國的發電方式也將以火力發電，即煤炭發電為主。然而，火力發電帶來的汙染問題，我們已經有了切身的體會。
雖然，國家在大力提倡發展可再生能源，如光能、太陽能等，但，“很多通過可再生能源發的電，都是不能上國家電網的。”韓敏芳教授在接受望潮科技的採訪中說道。
也就是說，很多電力都被浪費了。
基於此，中國迫切需要一種新的發電技術方案。固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)專案，則應運而生。
圖：清華大學韓敏芳教授
韓敏芳教授是我國固體氧化物燃料電池973計劃專案的負責人，主要研究領域為固體氧化物燃料電池、煤氣制氫、新材料開發以及固體廢棄物綜合利用等。
同時，韓敏芳教授還是清華大學能源與動力工程系長聘教授，博士生導師，長江學者特聘教授，國家973計劃專案的首席科學家。
日前，望潮科技有幸來到清華大學李兆基科技大樓韓敏芳教授辦公室，與其共同探討中國固體氧化物燃料電池的現狀與未來。
何為固體氧化物燃料電池？
能量轉換或許大家都聽過。
其中，太陽能、光能等可再生能源都可以直接轉換為電能。然而，煤炭卻並不能直接轉換為電能。煤炭轉化為電能，要經過三個系統，即燃燒系統、機械系統及電氣系統。
簡單來說，就是煤炭通過燃燒，產生蒸汽，再將蒸汽和一定的壓力送入汽輪機內，推動汽輪機轉子旋轉，從而將機械能轉化為電能。
固體氧化物燃料電池能夠做的，就是將煤炭發電的中間步驟省略，也並不需要將煤炭燃燒，而是直接通過一種化學反應，讓煤炭產生電能。
圖：燃料電池分類（來自網路）
據瞭解，固體氧化物燃料電池屬於第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置。
其主要組成部分是由電解質(electrolyte)、陽極或燃料極(anode，fuel electrode)、陰極或空氣極(cathode，air electrode)和連線體(interconnect)或雙極板(bipolar separator)組成。
圖：固體氧化物燃料電池工作原理
工作原理則與其他燃料電池相同。韓敏芳教授也說道，固體氧化物燃料電池就是一種新型的發電技術，通過這種技術，可以直接氧化任何含碳氫的燃料，具有很高的轉化效率和很低的成本。
燃料方面，除了煤炭、石油等化石能源，韓敏芳教授表示，他們最喜歡用的，還是氫氣。原因在於，氫氣是一種可迴圈再生的燃料。其燃燒之後，可變成水，水經過化學反應，亦可產生氫氣。
固體氧化物燃料電池的用途主要有兩種，一是分散式供能，二是部署在新能源汽車上面。
所謂的分散式供能，其重點突破是基於化石能源的微小型燃氣輪機及新型熱力迴圈等終端的能源轉換技術、儲能技術、熱電冷系統綜合技術，形成基於可再生能源和化石能源互補、微小型燃氣輪機與燃料電池混合的分散式終端能源供給系統。
圖：固體氧化物燃料電池分散式熱電聯供技術
而由於固體氧化物燃料電池發電的排氣有很高的溫度，具有較高的利用價值，可以提供天然氣重整所需熱量，也可以用來生產蒸汽，更可以和燃氣輪機組成聯合迴圈，非常適用於分散式發電。
燃料電池和燃氣輪機、蒸汽輪機等組成的聯合發電系統不但具有較高的發電效率，同時也具有低汙染的環境效益。
據瞭解，早在2011年10月份，日本開始商業化熱電聯供系統，現在已經在日本的家庭中安裝了數萬套，美國矽谷中，很多著名的企業中心都配有分散式SOFC發電系統。
圖：日產汽車應用固體氧化物燃料電池
汽車方面，日本尼桑公司釋出世界首款5kW SOFC原型車，採用30L乙醇燃料，配置24千瓦時電池，續航里程600公里，很有前景。
然而，不得不承認的是，“相比國外，我國在技術上，還是有一定的差距。”韓敏芳教授說道，“不過，我們現在已經能夠做到示範性運行了。”
中國第三代燃料電池研究的現狀與未來
國際上，固體氧化物燃料電池技術已經達到成熟階段。
然而，就像前文所言，固體氧化物燃料電池是一種中高溫型的發電裝置，其工作溫度一般都在800～1000℃。但是，僅有少數材料能在高溫下工作。
因此，該研究正在朝著中溫型電池的方向發展。現階段，科學家已經研發成功中溫固體氧化物燃料電池，其工作溫度一般在700～800℃左右。
韓敏芳教授所帶領的團隊所研發的專案就是中溫固體氧化物燃料電池，目前已經能夠從頭到尾自己做出來，並示範性運營。
圖：晉煤集團煤化工研究院首個煤基固體氧化物燃料電池示範工程投運
眾所周知，在高新技術領域，國外對中國實行的，可以說是全面封鎖政策。除了技術以外，即使是相關的裝置，也對中國禁運。
也就是說，韓敏芳教授所帶領的團隊，將我國固體氧化物燃料電池專案做到了從無到有，並取得了階段性的成功。
雖然中國現在還只能夠做到示範運營，但韓敏芳教授表示，預計在三五年之內，固體氧化物電池專案就能夠真正的商業化落地應用。
不過，在商業化落地前，該專案所要解決的，主要有兩方面的問題，其一，就是讓電池能夠穩定執行，其二，就是價效比合適，即能夠量產。
至於價格，韓敏芳教授表示，當前，日本家庭中使用的是一千瓦的熱電聯供裝置，售價約為1萬美元左右。國內的價格則暫時未定。
對於中國很多老百姓來說，一萬美元的價格是非常昂貴的。但韓敏芳教授也認為，中國與日本的國情並不一樣，所以，中國未來的商業模式不一定延續日本。
在韓敏芳教授的設想中，並不是每一家一戶就安裝一臺千瓦級的裝置，而是推行分散式功能。如，一個小縣城總共需要200千瓦的裝置，那麼，他們就在小縣城區域內建一個廠，從而取代當地的熱電廠。
結語：突破封鎖，中國不僅要做經濟強國，更要有核心技術競爭力
中興事件之後，掀起了“中國芯”熱潮。
而這，只是中國高科技領域發展困境的一個縮影。
雖然，現在網路上關於中國專利數量世界第一、中國核心技術取得重大突破等新聞屢見不鮮，然而，事實卻是，很多核心技術專利都掌握在其他國家手中。
不管是前沿的AI技術，還是基礎材料學，如石墨烯，亦或是韓敏芳教授所帶領的固體氧化物燃料電池技術，中國與美國等國家有一定的差距，是不爭的事實。
但是，我們有眾多像韓敏芳教授這樣兢兢業業的科研工作者，即使其他國家對中國在高新科技領域進行全面封鎖，也能夠突破封鎖，把核心技術掌握在自己手中。
我們要相信，未來的中國，不僅僅只是經濟強國，更是有自己高科技核心技術的大國。