如何有效利用環(huán)保氫氣

合理利用氫氣有望實(shí)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(huì)社電裝（以下簡(jiǎn)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(guò)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(jìn)碳中和的實(shí)現(xiàn)，在開發(fā)過(guò)程中需同時(shí)兼顧環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)適用。

以“效率”為特征的SOFC

燃料電池通過(guò)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(shí)，發(fā)電過(guò)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(jìn)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(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)間比PEFC長(zhǎng)，但同時(shí)也具備能源效率高的特點(diǎn)， 因此更適用于固定裝載模式。

此外,SOFC的另一個(gè)特點(diǎn)是可以通過(guò)使用碳衍生燃料進(jìn)行發(fā)電，包括城市燃?xì)猓@是市場(chǎng)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(shí)際用于家庭和商業(yè)用途的產(chǎn)品，但電裝希望通過(guò)自身的技術(shù)以更高的發(fā)電效率為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)能源零浪費(fèi)使用，為減少碳排放做出貢獻(xiàn)，進(jìn)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(lái)說(shuō)，燃料電池將大約20%的燃料流向下游過(guò)程而不發(fā)生反應(yīng)，因?yàn)樨?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(huì)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(fèi)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(jìn)行維護(hù)的成本就會(huì)更高，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，應(yīng)用普及會(huì)更加困難。提高使用壽命的一個(gè)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(dòng)對(duì)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(duì)于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)使用壽命非常重要?！?/p>

為此，電裝旨在通過(guò)其在開發(fā)移動(dòng)性產(chǎn)品所研發(fā)的熱管理技術(shù)進(jìn)一步解決“提高SOFC發(fā)電效率”以及“延長(zhǎng)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(yùn)行，通過(guò)熱量回收可進(jìn)一步提高發(fā)電效率。在高發(fā)電率條件下，為了延長(zhǎng)電池壽命,將電池堆和每個(gè)部件保持在目標(biāo)溫度也很重要。

電裝的目標(biāo)是通過(guò)利用輻射熱的技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，即使物品之間沒(méi)有直接接觸，輻射熱也會(huì)以電磁波的形式傳播。通過(guò)控制組件布局和高溫流體的流動(dòng)等熱管理技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

因此，通過(guò)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(zhǎng)的產(chǎn)品。

為后續(xù)的普及夯實(shí)基礎(chǔ)

普及SOFC的關(guān)鍵是實(shí)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(duì)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(xiàng)目的早期階段就讓制造部門參與其中，以便在設(shè)計(jì)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(shí)基礎(chǔ)。

著眼于碳中和未來(lái)

實(shí)現(xiàn)SOFC進(jìn)一步發(fā)展

電裝正利用自身優(yōu)勢(shì)克服開發(fā)SOFC的發(fā)電效率和電池壽命等課題，為了進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)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(shí)適用城市燃?xì)馀c環(huán)保氫氣的混合燃料SOFC，通過(guò)對(duì)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(lái)，電裝將著眼全球，朝2035年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)進(jìn)一步邁進(jìn)，攜手擁有共同愿景的合作伙伴一起迎接未來(lái)的挑戰(zhàn)。

以上內(nèi)容和圖片均來(lái)自于電裝官網(wǎng)

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