8月2日，晉煤集團煤化工研究院對外宣布，他們建設(shè)的全國首個以煤為原料的15kW固體氧化物燃料電池（SOFC）項目在晉煤集團天溪煤制油分公司燃料電池實驗室打通全流程，實現(xiàn)了煤經(jīng)氣化再通過固體氧化物燃料電池發(fā)電的工程示范。

該項目是山西省重點科技攻關(guān)項目——碳燃料電池關(guān)鍵技術(shù)與裝備開發(fā)的工程示范項目，項目技術(shù)由晉煤集團煤化工研究院聯(lián)合清華大學、中國礦業(yè)大學（北京）、蘇州華清共同開發(fā)。項目負責人、晉煤集團副總工程師付峻青介紹，這套15kW固體氧化物燃料電池裝置是國內(nèi)首次實現(xiàn)工業(yè)化運行的系統(tǒng)，其成功運行標志著我國在碳燃料電池技術(shù)領(lǐng)域10kW級發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)進程上邁進了一大步，為兆瓦級規(guī)模化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

燃料電池是“氫經(jīng)濟”的核心，燃料電池發(fā)電技術(shù)具有高效清潔的特點，既可以為氫能源開發(fā)進行技術(shù)儲備，又可為高效利用低品位煤層氣開避新途徑。“該項目實現(xiàn)了從粉體材料—單電池—電堆—發(fā)電系統(tǒng)的集成，先后建成了kW級發(fā)電系統(tǒng)、5kW系統(tǒng)性能測試設(shè)備、5kW發(fā)電系統(tǒng)和15kW發(fā)電系統(tǒng)，最終利用天溪公司的合成氣成功實現(xiàn)全流程打通。”項目團隊成員、晉煤集團煤化工研究院主任工程師蘇春生介紹說，項目團隊掌握了低成本、高性能的固體氧化物燃料電池單電池制備技術(shù)，碳基燃料發(fā)電模塊集成和穩(wěn)定運行技術(shù)；研究了高溫CO2與固體碳之間的高溫反應(yīng)過程，掌握了燃料連續(xù)輸送和熱平衡管理技術(shù)；構(gòu)建了尾氣處理燃燒器，掌握了尾氣燃燒技術(shù)；掌握了各單元之間的匹配連接和整體系統(tǒng)的連通運行技術(shù)。理論計算結(jié)果表明：系統(tǒng)的整體發(fā)電效率、碳轉(zhuǎn)化率及CO2捕獲率可以達到設(shè)計要求。

固體氧化物燃料電池具有較高的電流密度和功率密度，在高溫下進行化學反應(yīng)，且本身具有內(nèi)重整能力，可顯著延長使用壽命。其電池材料全部采用國產(chǎn)材料，其中電極材料采用我國儲量豐富的稀土材料，成本相對較低；電解質(zhì)為固體，避免了電解質(zhì)的蒸發(fā)與泄漏；密封材料采用晉煤集團自主開發(fā)的玻璃陶瓷材料。

下一步，項目團隊將進一步優(yōu)化電堆相關(guān)部件和構(gòu)造，降低衰減率、提高電堆的循環(huán)次數(shù)，以期實現(xiàn)更長周期的運行。

鏈接

燃料電池是一種將儲存在燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。相比傳統(tǒng)發(fā)電由化學能—內(nèi)能—機械能—電能的轉(zhuǎn)換，該裝置從化學能到電能一步到位，能量轉(zhuǎn)換效率可達60%~80%，實際使用效率則是普通內(nèi)燃機的2~3倍。

燃料電池可以彌補風電、光伏發(fā)電、水電的不足，我國也非常重視燃料電池的發(fā)展，出臺了一系列針對燃料電池的補貼政策。目前，燃料電池技術(shù)的研究與開發(fā)已取得了重大進展，技術(shù)逐漸成熟。

作為全國煤炭大省，山西省多年來形成的高能耗、重污染的能源結(jié)構(gòu)和粗放式生產(chǎn)經(jīng)營方式，已經(jīng)造成了嚴重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染。因此推進能源結(jié)構(gòu)升級、加快綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展是山西省的必然選擇，發(fā)展燃料電池技術(shù)將會是最有效途徑之一。

本文摘自：中國化工報