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标  题: 香山会议97次讨论会综述-新型固体燃料电池
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Fri Jun  4 16:17:53 2004)

新型固体燃料电池

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    香山科学会议第97次学术讨论会于1998年6月14日一17日在北京香山举行。会议主题为

“新型固体燃料电池”。王佛松院士、W．Weppner(德国，基尔大学)教授、陈立泉研究员

、孟广耀教授担任本次会议的执行主席。来自美国、日本、欧洲的8名专家学者和30余名中

国专家学者参加了本次会议。

    这次会议是在总结介绍国内外先进燃料电池领域的现况、存在问题和发展前景的基础

上，从社会可持续发展对绿色能源的迫切要求出发，侧重于对新型固体燃料电池研究开发

中的新进展、新概念、新见解的交流和讨论。

    一、2l世纪的绿色能源和最佳发电系统

    中国科技大学孟广耀教授作了题为“新型固体燃料电池—21世纪的绿色能源”的综述

报告。他认为，一个适于所有化石燃料和其它生物质或可持续能源的绿色能源路线，是集

汽化联合循环、无机膜反应器和陶瓷膜过滤器以及燃料电池为一体，发展新型固体氧化物

汽化联合循环、无机膜反应器和陶瓷膜过滤器以及燃料电池为一体，发展新型固体氧化物

燃料电池。这种新型燃料电池是采用新型固体电解质，通过新颖的软化学制造路线实现薄

膜化和整个结构优化的，可以在中、高温中操作，通过全面深入的基础研究可达到高效率

、低成本，从而实现人类绿色能源的理想。

    孟广耀指出，燃料电池是一类高能量转换效率的洁净、安全和方便的能源系统，实际

上也是一类包括燃料重整和转换以及电化学反应过程等在内的无机膜反应器。孟广耀综合

分析了国际上固体燃料的研究现状和发展思路，认为SOFC是采用离子导体陶瓷为电解质的

高温燃料电池。与传统的燃煤燃气发电技术和其它燃料电池比较，SOFC有许多优点，SOFC

被认为是最适合应用于电站系统的先进燃料电池技术。他还归纳了SOFC目前所遇到的主要

困难，并特别强调了制作中的软化学路线问题。

    中国科学院上海硅酸盐所严东生院士和温廷琏研究员分别作了题为“燃料电池特别是

固体燃料电池的回顾和展望”、“中国燃料电池的研究与开发”的评述报告。严东生概要

地介绍了碳酸盐燃料电池及以固体氧化物燃料电池和聚合物电解质燃料电池为代表的新型

固体燃料电池，分析了它们的发展现状、各自具有的优点及存在的不足之处，以及今后的

发展趋势。温廷琏专门介绍了碱金属燃料电池(AFC)、高聚物电解质膜燃料电池(PEMFC)、

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等四种电池在中国有关机构和工

业界的研究与开发情况，同时指出，与美国、日本、欧洲等尚有很大距离，但发展燃料电

池已成为国家政策，预期可有长足进步。

    来自美国A11ied Singnal公司的国际著名燃料电池专家N．Q．Minh博士在对PEMFC和S

OFC这两类电池的关键特性、关键技术以及它们的发展趋势进行讨论之后认为，PEMFC和SO

OFC这两类电池的关键特性、关键技术以及它们的发展趋势进行讨论之后认为，PEMFC和SO

FC是目前发展中的两类主要的固体燃料电池技术，在发电应用(电站系统)方面具有广泛的

适用性。瑞士联邦能源办公室燃料电池项目负责人Leo Dubal博士作了“瑞士研究开发固体

燃料电池l0年之经验教训”的报告。他从项目管理的角度展示了技术成就，概述了所获得

的最重要的经验教训。瑞典皇家工学院朱斌研究员在对比分析传统高温SOFC与中温SSFC(S

OFC或质子导体的SSFC)的各自优势后提出，投资小、周期短、见效快是基于现有各系统发

展出的中温SSFC的基本特点。他对发展中温SOFC和相关系统的技术路线，以及如质子传导

SSFC的材料、装置和技术等问题进行了可行性分析，展望了可能的发展前景。

    日本大井大学(Oita University)石原博士介绍了“以双掺杂钙钛矿型(LaGaO3)优异氧

离子导体作为固体电解质的中温固体氧化物燃料电池”，指出Sr和Mg掺杂的LaGaO3基钙钛

矿型氧化物在很宽的氧分压范围内呈现高离子导电性。研究结果显示以LaCoO3基氧化物为

电解质和以SmCo02基氧化物为阴极对于发展中温固体燃料电池是极有前途的。

    日本三重大学山本治教授着重介绍了“用于固体氧化物燃料电池的ZrO2基氧离子导体

”的研究工作。认为10一12％Sc203稳定的Zr02体系的电导率高且稳定性好，作为中温固体

氧化物燃料电池的电解质是具有吸引力的。

    德国基尔大学W．Weppner教授是国际固态离子学会主席，在会上就“Zr02基电解质的

预处理对电极动力学与氧离子交换速度变化的影响”进行了交流。日本名古屋大学岩原弘

育教授介绍了其所在实验室研究的一种在CH4和空气混合气流中工作的单室固体氧化物燃料

电池，描述了这种单室固体燃料电池的结构特点，实验室研究组所做出的实验结果显示了

该燃料电池及其部件材料的性能。
该燃料电池及其部件材料的性能。

    中国科学院大连化物所江义研究员探讨了在降低操作温度下可能使用的电极材料。他

提出可采用LSM十YSZ复合电极和掺杂锶的钴系、铁系复合氧化物离子一电子混合导体分别

作为降低温度下使用的SOFC阴极和阳极材料。

    华中理工大学姚凯伦教授就降低温度、通过晶界改性降低电阻和SOFC中的输运问题进

行了讨论。中国科技大学夏长荣博士讨论了软化学合成技术在中温燃料电池的薄膜电解质

和电极膜研制中的应用问题。瑞典哥德堡工学院B-E Mellander教授强调中温下具有质子导

电性的材料对燃料电池应用至为重要。中国科技大学刘皖育副教授在发言中，阐述了用质

子导体作为电解质的质子燃料电池的一系列新特点，并在众多的质子导体材料及其应用问

题中，就中、高温质子导体在燃料电池中的应用评价研究进行了讨论。中国科学院化冶所

戴学刚副研究员认为，固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构是电池制备工艺的基础和技术创

新的主要方面。

    此外，北京科技大学段淑贞教授对MCFC的发展，包括其材料问题、如阴极材料的溶解

问题、稳定性问题、阳极材料的耐蚀性、电催化活性问题、金属隔膜材料的腐蚀问题等，

以及MCFC的研究现状和存在的问题进行了讨论，并指出MCFC电极材料性能研究及其表面改

性，具有重要的理论意义和应用价值。

    二、固体燃料电池研究的新概念、新趋势及发展前景

    在国内外学者以学术报告方式为主体进行交流讨论之后，中国学者围绕新型固体燃料

    在国内外学者以学术报告方式为主体进行交流讨论之后，中国学者围绕新型固体燃料

电池(SSFC)的新概念、新材料、新趋势，特别是中温固体燃料电池(ITSOFC)的发展前景与

关键科学技术问题进行了深入讨论。

    1．固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究与开发现状、问题与新趋势

    SOFC是国际上公认的下世纪绿色电源的最佳方案之一，已经历了数十年的研制，但其

实用化、产业化的进程比人们预期要慢的多，存在的问题基本上与燃料电池的材料、构型

设计、制作工艺和成本有关。为解决上述问题，SOFC的研究与开发出现了如下新的趋势：

(1)探索新的高离子电导的电解质，以便将SOFC操作温度降低到600—800℃；(2)探索质子

导体电解质，以质子导体为电解质的新型燃料电池具有若干特点且有创新的意义；(3)薄膜

SOFC。目前所用的YSZ电解质在典型情况下厚度为150—500μm。为降低YSZ电解质的高电阻

带来的功率损失，目前十分活跃的研究趋势是降低YSZ层的厚度，发展薄膜型SOFC；(4)新

概念燃料电池一单室燃料电池和单体燃料电池。单体燃料电池是最近发展的另一新概念，

在这种设计中，仅应用一种材料构成PEN电池的阴极一电解质一阳极3个部件。这些新概念

电池探索的重要性在于可能会有更新的燃料电池体系问世。

    2．中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)今后研制开发的方向

    目前SOFC的高操作温度(950—1000℃)带来难以克服的困难，而将操作温度降至600一

800℃，则会有许多优点。综述专家学者的发言，降低电池操作温度有两条主要途径，即探

索具有高离子导电性的新型固体燃料电池材料和发展薄膜技术制作薄层电解质膜。


    (1)新固体电解质的探索。掺杂的氧化铈Ce02和掺杂的镓酸镧LaGa03因在较低温度下具

有较高的离子电导率而引人瞩目。在探索新型固体燃料电池材料时，对原有Zr02基材料进

行改性仍是大有工作可做。为获得高电导率的电解质材料，降低晶界电阻也是一个重要的

研究方向。

    (2)薄膜SOFC的研制。这些技术主要包括诸如CVD／EVD，溶胶一凝胶法，电泳法等化学

方法和一些物理方法及陶瓷工艺技术，如溅射法、等离子喷涂法和压延法等等。已用这些

方法制备了亚微米到微米级厚度的YSZ薄膜。

    3．SOFC制作技术—软化学路线的应用

    燃料电池的制作技术最终决定着燃料电池堆的成败和成本，是实用化、产业化的条件

。专家学者对软化学制备路线的应用进行了具体介绍和讨论。他们强调，对于任何SOFC构

型，都需要合适的制作技术和装配方法，以把电池材料组成电池或堆。预期在未来SOFC的

制作工业中，软化学路线将起巨大的作用。

    4．为实现OSFC的实用化，应加强材料科学与系统工程研究

    对于SOFC，无论是单电池、电池堆还是整个体系都是典型的“系统工程”。为了达到

高性能SOFC的目标，所有的基础研究都应当与系统分析框架密切结合，以便使电池和电池

堆设计制作过程和操作参数最佳化。


    为了既要创新性地解决SOFC的研究与开发中所遇到的问题，又要推陈出新提出新思想

，应特别注重下列基础领域的学术研究；(1)SOFC的热力学，包括SOFC体系中所有材料的热

力学和阴极与阳极室反应的热力学；(2)制备科学与技术；(3)纳米材料电极和纳米电化学

。

    三、中国发展以SOFC为中心的绿色电源的评述和建议

    与会专家学者一致认为，针对中国国情，应大力发展新型固体燃料电池，特别是SOFC

。发展以新型固体燃料电池为核心的绿色能源，对于中国这样一个以煤炭、石油等化石燃

料为主体的、对能源需求多样化的国家来说非常必要。特别是适宜以新型固体电解质及相

应电极材料、联结、密封材料研制为中心开发中温固体燃料电池，发展具有自己知识产权

的制造技术，尤其是薄膜化多层复合制备技术，这将会在高起点上为我们带来一系列高新

技术发展的机会。要达到这一目标，应特别注重具有明确阶段性目标的科学技术基础研究

，特别是材料科学、固体电化学、能源化工及相应的系统工程研究。资深院士严东生先生

强调在固体氧化物燃料电池开发方面应有创新，而且要根据国情。如以什么燃料为主?要考

虑到煤、石油等化石燃料在中国仍会在很长一段时间内起作用，所以FC要多样化，不能单

纯发展只用纯H2为燃料的电池，这与FC的政策不符合，因为不可能用大量的H2，除非能廉

价从H2O中提H2。目前煤燃料占70％，50年代内不会有大的变化。从基础研究看，SOFC最有

可能获得自己的知识产权，因为国际上也在研制当中，可以研究的课题多，有许多工作可

做，要抓住机遇。




    （香山科学会议 赵生才）







    参会人员名单：

    w.weppner 教授 德国

    孟广耀 教授 中国科技大学

    王佛松 院士 中科院

    陈立泉 研究员 中科院物理所

    侯逸民 教授 中科院院刊

    Hiroyasu lwahara 教授 日本
    Hiroyasu lwahara 教授 日本

    李长志 研究员 中科院长春应化所

    刘皖育 副教授 中国科技大学

    毛宗强 副研 清华大学

    毕道治 高工 原电子工业部

    温廷琏 研究员 中科院上海硅酸盐所

    苏文辉 教授 吉林大学

    Osamu Yamamoto 教授 日本

    赵敏寿 研究员 中科院长春应化所

    江 义 研究员 中科院大连化物所

    林祖纕 研究员 中科院上海硅酸盐所

    王贤仁 教授 吉林大学
    王贤仁 教授 吉林大学

    韩万书 教授 国家自然科学基金委

    彭定坤 教授 中国科技大学

    严东生 院士 中科院上海硅酸盐所

    杨宗庆 高工 深圳高瑞达晶体科技开发公司

    汪树军 副研 石油大学

    段淑贞 教授 北京科技大学

    夏长荣 副教授 中国科技大学

    郑文君 副教授 中国科技大学

    姚凯伦 教授 华中理工大学

    孟 健 研究员 中科院长春应化所

    刘 巍 博士 吉林大学
    刘 巍 博士 吉林大学

    姚福生 院士 国家机械工业局科技委

    局 琦 副研 中科院高技术局

    王 刚 研究员 中科院物理所

    Dr.Bin Zhu 瑞典

    Dr.Leo Dubal 瑞士

    Ishihara Tatsumi 日本

    Dr.Nguyen.Q.Minh 美国

    戴学刚 副研 中科院化冶所

    Dr.Bengt-Erik Mellander 瑞典

    邵立勤 教授 科技部

    张 焘 教授 香山科学会议


    杨炳忻 教授 香山科学会议

    赵生才 香山科学会议

    杨永田 主任记者 中国科学报
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