如何有效利用環(huán)保氫氣

合理利用氫氣有望實現(xiàn)碳中和，目前已具備低成本生產(chǎn)可再生的環(huán)保氫氣的技術(shù)手段，如何將此類氫氣有效地利用是眼下的課題。

株式會社電裝（以下簡稱“電裝”）正致力于開發(fā)固體氧化物燃料電池 （SOFC），這是一種通過氫氣與其他燃料和氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力和熱量的燃料電池。并且為了促進碳中和的實現(xiàn)，在開發(fā)過程中需同時兼顧環(huán)境友好和經(jīng)濟適用。

以“效率”為特征的SOFC

燃料電池通過氫氣與其他燃料和氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力和熱量。當(dāng)氫氣作為燃料使用時，發(fā)電過程中只產(chǎn)生水不產(chǎn)生二氧化碳，是一種非常理想的清潔能源。

根據(jù)使用的電解質(zhì)和工作溫度進行燃料電池的類型劃分。FCEV（燃料電池汽車）中所使用的燃料電池稱為PEFC，PEFC使用高分子隔膜作為電解質(zhì)膜。高分子隔膜在約100°C下反應(yīng)，其特點是啟動時間短。SOFC使用的是陶瓷隔膜，其反應(yīng)溫度可高達(dá)700℃。由于溫度高，啟動時間比PEFC長，但同時也具備能源效率高的特點， 因此更適用于固定裝載模式。

此外,SOFC的另一個特點是可以通過使用碳衍生燃料進行發(fā)電，包括城市燃?xì)猓@是市場上使用最廣泛的氣體燃料。

電裝在SOFC的大膽挑戰(zhàn)

盡管SOFC是一種正在實際用于家庭和商業(yè)用途的產(chǎn)品，但電裝希望通過自身的技術(shù)以更高的發(fā)電效率為目標(biāo)，實現(xiàn)能源零浪費使用，為減少碳排放做出貢獻，進一步提高SOFC的環(huán)境友好性。

普及SOFC所需克服的挑戰(zhàn)

電裝環(huán)境中和系統(tǒng)開發(fā)部表示：“一般來說，燃料電池將大約20%的燃料流向下游過程而不發(fā)生反應(yīng)，因為負(fù)責(zé)發(fā)電的電池非常敏感，如果試圖反應(yīng)所有的燃料，電池就會受損。雖然可以防止電池劣化，但也造成了能量損失，阻礙了發(fā)電效率的提高。而電裝的挑戰(zhàn)就在于如何在不浪費的情況下充分使用能源”

“另一方面，如果電池使用壽命短，更換零件和進行維護的成本就會更高，從經(jīng)濟角度來看，應(yīng)用普及會更加困難。提高使用壽命的一個主要挑戰(zhàn)是發(fā)電部件和金屬材料的耐久性。由于內(nèi)部溫度高達(dá)700°C，溫度波動對使用壽命有直接影響。因此盡管與發(fā)電效率有關(guān)，但內(nèi)部溫度控制對于實現(xiàn)長使用壽命非常重要。”

為此，電裝旨在通過其在開發(fā)移動性產(chǎn)品所研發(fā)的熱管理技術(shù)進一步解決“提高SOFC發(fā)電效率”以及“延長電池使用壽命”兩大課題。

解決SOFC課題的電裝之道

在電池堆排放的20%未使用的燃料中，10%返回入口側(cè)（回收），剩下的10%在燃燒器中燃燒，熱量被重新用于燃料改質(zhì)器和其他設(shè)備。電裝所使用的液壓泵即使在高溫條件下也可正常運行，通過熱量回收可進一步提高發(fā)電效率。在高發(fā)電率條件下，為了延長電池壽命,將電池堆和每個部件保持在目標(biāo)溫度也很重要。

電裝的目標(biāo)是通過利用輻射熱的技術(shù)來解決這個問題，即使物品之間沒有直接接觸，輻射熱也會以電磁波的形式傳播。通過控制組件布局和高溫流體的流動等熱管理技術(shù)來解決這個問題。

因此，通過利用循環(huán)技術(shù)和熱管理技術(shù)，電裝正在開發(fā)發(fā)電效率高于65%且使用壽命更長的產(chǎn)品。

為后續(xù)的普及夯實基礎(chǔ)

普及SOFC的關(guān)鍵是實現(xiàn)穩(wěn)定地大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。電裝秉承著對產(chǎn)品品質(zhì)的承諾以及自身所具備的大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，在SOFC項目的早期階段就讓制造部門參與其中，以便在設(shè)計階段即可研發(fā)出高性能產(chǎn)品，為后續(xù)批量生產(chǎn)夯實基礎(chǔ)。

著眼于碳中和未來

實現(xiàn)SOFC進一步發(fā)展

電裝正利用自身優(yōu)勢克服開發(fā)SOFC的發(fā)電效率和電池壽命等課題，為了進一步提高經(jīng)濟適用性，SOFC在支持各種燃料的應(yīng)用方面也非常重要。因此，電裝也著手于開發(fā)能夠同時適用城市燃?xì)馀c環(huán)保氫氣的混合燃料SOFC，通過對混合燃料的兼容達(dá)到大幅減少二氧化碳排放的目的。

未來，電裝將著眼全球，朝2035年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)進一步邁進，攜手擁有共同愿景的合作伙伴一起迎接未來的挑戰(zhàn)。

以上內(nèi)容和圖片均來自于電裝官網(wǎng)

https://www.denso.com/jp/ja/driven-base/tech-design/sofc/