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——专访清华大学韩敏芳教授
中国规划网北京12月1日电 中国能源研究会燃料电池专业委员会副主任委员兼秘书长、长江学者特聘教授、清华大学热能工程系韩敏芳老师，日前接受中央媒体记者采访时说，燃料电池（Fuel Cell）是一种将燃料的化学能直接转换为电能的高效、清洁发电技术，是人类能源利用领域又一次变革性技术，正在全世界范围大力推广应用。在多种燃料电池技术中，固体氧化物燃料电池（SOFC）可以直接使用煤气、天然气、生物质气等含碳燃料(当然也可以使用氢气为燃料，但是不必须要求使用纯氢燃料)，具有一次发电效率高（45%-60%），全固态结构运行寿命长（~ 8万小时），不需要贵金属催化剂，设备成本和发电成本都低等特点，在分布式电站、动力电源和大型发电站领域均有广阔的应用前景。目前，以日本和美国为代表的发达国家这一技术正在从工程示范走向广泛的商业应用，中国燃料电池领域也迎来了前所未有的发展机遇。  韩敏芳教授说，经过我国科学家多年来的艰苦努力和集体攻关，我们已经突破了SOFC诸多关键技术，基本实现了SOFC全产业链技术贯通，拥有全部自主知识产权，为中国SOFC产业发展奠定理论和技术基础。据悉，韩敏芳老师作为首席科学家领导的国家“973计划”——“碳基燃料固体氧化物燃料电池体系基础研究”项目，集合了中国清华大学、中国矿业大学（北京）、中国科技大学、中科院物理所、上海硅酸盐研究所、苏州华清京昆新能源科技有限公司等10家单位、30名科技工作者共同攻关，该项目于2016年11月1日通过了科技部组织的专家验收，获得与会专家的一直好评。该项目主要成果体现在：（1）系统研究了碳基燃料在SOFC阳极反应的特异性，发现了抑制阳极积碳的新方法：从阳极反应的热力学条件和动力学过程两方面揭示了碳基燃料在SOFC中的反应特异性规律，发现CH4类碳基燃料部分外重整调整气体组分和Ni-YSZ阳极材料原位修饰改性氧化铈（SDC）、氧化镁（MgO）类氧化物改性新方法都可以有效抑制阳极碳沉积，实现了碳基燃料在SOFC中的稳定运行，为直接使用碳基燃料的SOFC分布式发电系统的产业发展奠定科学和技术基础。（2）构建了SOFC基础理论框架体系：首次将材料基因组计划（MGI）研究方法应用到SOFC关键材料中，为SOFC关键材料研究和相关数据库建立奠定基础；阐明了多相体系电子-离子传导机制，实现了从材料制备工艺调控到SOFC电极性能预测的理论衔接；建成了从微观电子结构、关键部件材料、单电池到电池堆全系列尺度的多场综合理论模拟平台，实现了对工业化电堆的多场耦合模拟，对电池堆设计和优化提供了指导；建立了SOFC相关基础理论框架体系，为高性能、长寿命SOFC发电系统的发展提供了简明具体的建议和指导。（3）发展了高性能一体化电池，完成了分布式SOFC独立发电系统：从理论上构建了连续界面一体化电池，彻底消除了传统SOFC中电解质/电极间层状界面，完成了工业产品尺寸一体化电池批量制备；自主开发了电池堆元件和电堆技术，集成了国内首台自主点火、独立运行的SOFC发电系统，实现了从理论设计、技术开发、工艺实践、成果落地、产品规范、标准检测、市场应用全产业链贯通，突破了国外对我国在SOFC领域的技术和产品封锁，缩短了我国与国外发达国家的差距，开创了SOFC产业在中国发展的新局面。  专家认为，这些成果特别符合国家正在大力推行的天然气为基础的分布式发电重大需求（2013年8月，国家能源局《分布式发电管理暂行办法》和《关于印发大力发展分布式发电若干意见》），为落实国家“十三五规划”部署{《能源技术革命创新行动计划 (2016-2030年)》——9)氢能与燃料电池技术创新（2016年4月）和《中国制造2025—能源装备实施方案》——九)燃料电池(2016年6月) }奠定技术基础。  迄今为止，在所有种类的燃料电池中，SOFC技术是发电效率最高的，也是运行温度最高，因此一直是集成技术最难的一种。高敏芳教授说，在国外都是有实力的大企业牵头在做SOFC发电系统集成和示范运行工作，早起介入的著名企业有美国GE公司、德国西门子公司、日本三菱重工等，近期在应用市场必须非常活跃的企业有美国BE（Bloom Energy Corporation）公司、日本MHPS（三菱日立电力系统）株式会社、大阪煤气、东京煤气、日本京瓷、日本东陶公司等，这些有实力的企业在SOFC领域都有30多年或者更长时间的历史。但是，在中国一直到2010年才诞生了第一家专业从事SOFC技术向产业转化的小公司——“苏州华清京昆新能源科技有限公司”，落户在江苏昆山。在中央政府、地方政府和社会多方面力量支持下，经过近7个年头的埋头苦干，艰苦攻关，目前该企业已经成长为高新科技企业，掌握了核心关键技术，完成了中试试验，实现了SOFC关键材料、电池核心元件、电堆模块集成和独立发电系统四部分技术全线贯通，并开展了用户现场示范运行工作。这些成果的取得，明显缩小了我国与日美等发达国家之间的差距。该公司还作为上述国家“973计划”项目中一员，承担了“碳基燃料SOFC系统构建及成果集成演示”课题，快速有效地把“973计划”项目团队研究成果推向产业转化和示范应用，探索了一条科技成果转化的新途径，为更广泛意义上的产学研平台建设提供一种新思路。 在SOFC成长和发展的道路上，已经引起社会资本、地方政府和大企业等多方面关注和跟进，有多家战略合作伙伴陆续加入到我们这个领域中。以山西晋煤集团为代表，在山西省科技厅共同支持下，开展煤层气（主要成分的CH4）为燃料的SOFC坑口电站示范系统建设工作；新奥集团下属上海泛智科技有限公司则致力于SOFC-微型燃气轮机集成的分布式发电系统示范工作；上海迪斯尼公司将SOFC热电联供系统应用到正在示范的智慧建筑上等等。所有这些都彰显出社会对SOFC新一代电化学发电技术的逐渐认识和巨大市场的迫切需求。  随着2016年11月4日《巴黎协定》正式生效，为应对气候变化能源低碳化在全球已经成为不可逆转的潮流。每当这个原本依然美丽的秋冬季节，雾霾又肆虐中华大地，迫切需要SOFC这种新的革命性技术的发展和应用。2016年10月获批成立的中国能源研究会燃料电池专业委员会将是燃料电池技术和产业大力发展的平台。作为中国科协的二级学会组织，燃料电池专业委员会是所有燃料电池相关科技、产业领域同仁的共同之家。依托该平台，集聚全中国最强的力量，韩敏芳教授表示，将重点做好SOFC相关领域以下几方面的工作：（1）集合优势团队联合攻关，进一步发展SOFC相关技术，引领科学和技术前沿，做好SOFC科学理论和产业技术储备；（2）推动SOFC产业化发展，尤其是SOFC关键元件批量化生产，以高质量、稳定可靠的产品实现从中国制造向中国创造的升华；（3）加快SOFC行业标准建设工作，推进成立相关检验、检测中心，规范行业发展，使之真正为行业服务；（4）着力培养SOFC相关产业链配套建设，形成产业集聚和新的区域增长点；（5）加强科普和应用宣传，创新商业模式，开拓市场，扩大示范应用规模；（6）注重多学科、多领域交叉发展，支撑SOFC实现“高校—研究院—企业—行业—产业”的生态链健康发展。 在上述SOFC发展和示范工程建设过程中，以神华集团、华能集团等为代表的多家大型央企都表现出极大的兴趣，表示要共同推动燃料电池产业的发展和壮大。 经济高速发展的中国，正面临越来越大的能源供给和环境污染的压力。SOFC发电技术也相继进入国家发改委、工信部、能源局等发布的“能源技术革命创新行动计划（2016-2030 年）”以及“中国制造 2025—能源装备实施方案”等行动路线和发展规划等专项任务。但是，SOFC发电技术要想同目前已成熟的其它发电技术竞争，必须在成本和寿命上取得更进一步的突破。韩敏芳教授作为中国燃料电池领域的学科带头人与领军人，对于燃料电池的发展前景，她说自己有一种使命感以及紧迫感。她表示，我国燃料电池产业化前景广阔，目前正处于产业化和商业化的最佳时机；中国能源研究会燃料电池专业委员的成立为我国燃料电池事业的发展提供了一个全新的平台，标志着我国燃料电池进入了新的发展阶段；希望通过燃料电池专委会这个平台，凝聚国内专家学者的力量，共同努力，促进我国能源领域燃料电池产业的快速蓬勃发展。（赵金生 钱融华） 韩敏芳，女，清华大学长聘教授，教育部“长江学者”特聘教授，国家“973计划”燃料电池项目首席科学家，北京市重点交叉学科“清洁能源学”学科带头人，科技北京百名领军人才，江苏省创新创业领军人才，北京市“三八”红旗奖章获得者等；兼任中国能源研究会燃料电池专业委员会副主任委员和秘书长，中国硅酸盐学会固态离子学分会副理事长等学会职务；《Journal Material Science and Technology》、《Frontiers in Energy》等4个杂志编委；国际学术会议（Asian SOFC Symposium）主席，European SOFC & SOE Forum（Scientific advisory commitee）学术委员会委员等。 (责任编辑：白雪松) |
