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专栏:Fuel Cells in 2070 | SOFC:50年后的固体氧化物电池(SOC)技术的发展前景(1)

摘   要:本文介绍了使用固体氧化物电池(SOC)的电化学装置的研究和技术发展的前景,以及用于实现低碳社会的先进SOC材料技术和SOC技术的新应用,例如移动交通、负载变化以及Power-to-X。为了实现下一代SOFC技术的高目标,需要进行更多的基础科学研究。预计将有更多年轻的研究者加入SOC技术的开发。

关键字:固体氧化物燃料电池(SOFC),固体氧化物电解池(SOEC),可逆电池,增程器,创新技术开发

1、前言

2019年FCDIC(日本燃料电池开发信息中心)内成立了展望50年后的燃料电池的工作小组(WG),笔者(AIpatent认证专家库成员,欲知详情可联络support@aipatent.com)为其中一员。该工作小组将预想燃料电池相关技术和研究的进展,并设想50年后即2070年的技术和社会形态,从而为推进新技术开发提供契机。50年后,日本人口将少于1亿人,预计将进入超高龄化社会。另外,经济方面也可以预想到日本在世界上相对地位的下降。在温室气体排放方面,日本将努力实现到2050年减少80%的目标,在工厂等工业领域实现零排放,在发电和运输领域的排放也将大幅减少。50年后即2070年左右,是该目标完成20年后的情形。

本文考虑上述社会状况,介绍了今后有望发展的燃料电池技术的梦想,特别是笔者研究的高温型固体氧化物燃料电池(SOFC)的相关技术。本文将按以下顺序介绍。

1)现状认识及动向

2)技术前景、社会实际应用的梦想(固定式用途的展开、移动用途的展开)

3)创新技术开发的梦想(课题和最新材料开发)

文中将为多次提到“梦想”的字眼,同时存在许多不确定的猜想,请各位读者谅解。

2、2019年的现状认识及动向

自2011年家用燃料电池ENEFARM(Type S)发售以来,固体氧化物燃料电池(SOFC)的数量稳步增加,到2019年4月为止共普及了5万台以上(ENEFARM总普及数为30万台)。2020年以后,这一数字预计将达到年产数万台。世界范围内SOFC的数量也在增加(图l:E4Tech的报告1),日本ENEFARMENEFARM销量的增加贡献了很大比例2))。ENEFARM-Type S的LHV(低热值)效率约为53%,作为分布式小型电源具有世界顶级的性能。

在NED0项目“固体氧化物燃料电池等实用化推进技术开发”(2013-2019年度)中,正在开展以电堆使用寿命达到10年以及LHV发电效率达到60%为目标的实证试验,同时以更高效率为目标的概念创造也正在进行。Solid Power公司的数kW级系统和Bloom Energy公司的系统中,最早销售过LHV效率超过60%的机器。自2017年以来,大阪燃气一直致力于通过购买ENEFARM-Type S的过剩电力,以实现最高效率的设备使用率。2021年SOFC型ENEFARM的导入补助金将取消,预计本体价格将在100万日元(约合人民币6.5万元)以下。

商业用、工业用燃料电池(SOFC型)也于2017年开始销售,日本开始实施导入补助金制度。如果发电输出

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