我国固体氧化物燃料电池产业发展战略研究

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有发电效率高、燃料适应性强、高温余热可回收等优点,在大型发电、分布式发电及热电联供、交通运输及调峰储能等领域具有广阔的应用前景,是最前沿的燃料电池技术。大力发展采用氢及碳基燃料的固体氧化物燃料电池技术将有助于推动我国能源供给侧结构性改革,推动能源技术革命,为实现碳达峰、碳中和目标奠定技术基础。本文介绍了国内外固体氧化物燃料电池产业的发展现状,分析了我国固体氧化物燃料电池产业发展面临的难题,结合国外固体氧化物燃料电池产业发展的经验,梳理了我国固体氧化物燃料电池产业发展的思路及重点任务。研究提出,加快制度体系建设,加强固体氧化物燃料电池技术及产业发展的顶层设计;强化财税金融支持,充分发挥市场在资源配置中的决定性作用,突出企业主体地位;坚持创新驱动发展,把自主技术创新作为推动固体氧化物燃料电池产业发展的主要驱动力;完善标准规范体系,形成具有自主知识产权的技术标准;加强固体氧化物燃料电池领域人才培养,深化国际交流与合作,为今后我国固体氧化物燃料电池产业的规模化、商业化发展提供指导。

中低温固体氧化物燃料电池阴极界面改性研究进展

在碳达峰、碳中和目标下,我国迫切需要提高煤炭的利用效率,降低CO_(2)排放。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将碳氢燃料的化学能直接转换为电能的高效、环境友好的电化学转化装置。传统SOFC运行温度较高(800~1 000℃),长期高温运行会导致系统成本过高,关键材料性能衰减,以及组件间元素的互扩散、相反应等诸多问题。发展中低温SOFC已经成为未来SOFC技术发展的必然选择。然而,低温下,阴极缓慢的氧还原反应(ORR)动力学和不稳定性是制约SOFC技术发展的主要挑战。近年来,阴极界面改性作为一种提高中低温SOFC性能的有效策略得到广泛研究。通过设计不同的改性界面,可以显著加速阴极ORR动力学,有效地拓展阴极三相界面,提高阴极电催化活性,进而提高电池电化学性能;同时有效限制阴极颗粒长大,减少二次相生成,提高电池寿命。综述了界面改性的结构种类和特征(复合结构,膜状界面结构,骨架/表面涂覆结构),详细介绍了原子层沉积、脉冲激光沉积、湿法浸渍3种阴极界面改性技术,以及阴极界面改性对氧离子输运、氧还原反应活性以及稳定性的影响。最后,讨论了目前阴极界面改性技术存在的问题与挑战,以及克服这些问题的可能策略,为中低温SOFC阴极材料和结构的合理设计提供指导,为SOFC的实际应用奠定基础。

质子交换膜燃料电池退化机制及寿命预测方法综述

故障诊断与寿命预测是解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统寿命短、成本高的有效方法。综述了PEMFC系统的退化机制,包括质子交换膜、催化层、扩散层等各个组件的退化机理。从本征因素和外部因素两方面总结了影响PEMFC系统老化的影响因素,特别是在运行管理过程中操作不当会加速PEMFC系统老化。介绍了表征PEMFC老化程度的常用退化性能指标,退化性能指标的选择对寿命预测方法的研究有重要意义,介绍了不同指标的优缺点以及适用情况。从模型驱动方法、数据驱动方法和混合驱动方法3方面介绍了常见的PEMFC系统寿命预测方法。模型驱动和数据驱动方法各有优缺点,混合方法可结合二者优点并提高预测的精度和准确性。最后展望了预测研究的未来发展方向。

可逆固体氧化物电池电极材料研究进展

可逆固体氧化物电池(RSOC)是一种全固态电化学能量转换装置,可以实现化学能和电能的高效洁净可逆转换,有望应用于智能电网领域实现削峰填谷以及规模化可再生能源的转化存储。由于RSOC需要分别在固体氧化物燃料电池(SOFC)及固体氧化物电解池(SOEC)模式下进行可逆、循环切换工作(存在放电/供电及氧化/还原气氛变化),对电极材料性能和物理化学稳定性要求高,迫切需要提高电极催化活性和氧化还原稳定性。介绍了RSOC的工作原理,综述了目前RSOC电极材料的研究成果及研究现状,分析了可逆对称电极材料在RSOC中的应用前景并展望了其未来的发展方向。

混合电导钙钛矿材料高温电化学应用前沿

混合电导钙钛矿陶瓷材料可广泛应用于固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池和透氧膜等高温电化学器件,在能源转化、利用及存储领域展现出诱人的应用前景。综述了混合电导钙钛矿材料的结构、性质及应用现状,总结了现阶段研究的热点难点问题,并展望了未来发展趋势。