合理利用氢气有望实现碳中和,目前已具备低成本生产可再生的环保氢气的技术手段,将此类氢气有效地利用是眼下的课题。株式会社电装(以下简称“电装”)正致力于开发固体氧化物燃料电池 (SOFC),这是一种通过氢气与其他燃料和氧气之间的化学反应产生电力和热量的燃料电池。并且为了促进碳中和的实现,在开发过程中需同时兼顾环境友好和经济适用。
以效率为特征的SOFC
燃料电池通过氢气与其他燃料和氧气之间的化学反应产生电力和热量。当氢气作为燃料使用时,发电过程中只产生水不产生二氧化碳,是一种非常理想的清洁能源。
根据使用的电解质和工作温度进行燃料电池的类型划分。FCEV(燃料电池汽车)中所使用的燃料电池称为PEFC,PEFC使用高分子隔膜作为电解质膜。高分子隔膜在约100°C下反应,其特点是启动时间短。SOFC使用的是陶瓷隔膜,其反应温度可高达700℃。由于温度高,启动时间比PEFC长,但同时也具备能源效率高的特点, 因此更适用于固定装载模式。
此外,SOFC的另一个特点是可以通过使用碳衍生燃料进行发电,包括城市燃气,这是市场上使用最广泛的气体燃料。
电装在SOFC方面的大胆挑战
尽管SOFC是一种正在实际用于家庭和商业用途的产品,但电装希望通过自身的技术以更高的发电效率为目标,实现能源零浪费使用,为减少碳排放做出贡献,进一步提高SOFC的环境友好性。
普及SOFC所需克服的挑战
电装环境中和系统开发部表示:“一般来说,燃料电池将大约20%的燃料流向下游过程而不发生反应,因为负责发电的电池非常敏感,如果试图反应所有的燃料,电池就会受损。 虽然可以防止电池劣化,但也造成了能量损失,阻碍了发电效率的提高。而电装的挑战就在于如何在不浪费的情况下充分使用能源”
“另一方面,如果电池使用寿命短,更换零件和进行维护的成本就会更高,从经济角度来看,应用普及会更加困难。提高使用寿命的一个主要挑战是发电部件和金属材料的耐久性。 由于内部温度高达700°C,温度波动对使用寿命有直接影响。 因此尽管与发电效率有关,但内部温度控制对于实现长使用寿命非常重要。”
为此,电装旨在通过其在开发移动性产品所研发的热管理技术进一步解决“提高SOFC发电效率”以及“延长电池使用寿命”两大课题。
解决SOFC课题的电装之道
在电池堆排放的20%未使用的燃料中,10%返回入口侧(回收),剩下的10%在燃烧器中燃烧,热量被重新用于燃料改质器和其他设备。电装所使用的液压泵即使在高温条件下也可正常运行,通过热量回收可进一步提高发电效率。在高发电率条件下,为了延长电池寿命,将电池堆和每个部件保持在目标温度也很重要。
电装的目标是通过利用辐射热的技术来解决这个问题,即使物品之间没有直接接触,辐射热也会以电磁波的形式传播。通过控制组件布局和高温流体的流动等热管理技术来解决这个问题。
因此,通过利用循环技术和热管理技术,电装正在开发发电效率高于65%且使用寿命更长的产品。
为后续的普及夯实基础
普及SOFC的关键是实现稳定地大规模生产高质量的产品。 电装秉承着对产品品质的承诺以及自身所具备的大规模生产高质量产品的生产技术,在SOFC项目的早期阶段就让制造部门参与其中,以便在设计阶段即可研发出高性能产品,为后续批量生产夯实基础。
着眼于碳中和未来,实现SOFC进一步发展
电装正利用自身优势克服开发SOFC的发电效率和电池寿命等课题,为了进一步提高经济适用性,SOFC在支持各种燃料的应用方面也非常重要。因此,电装也着手于开发能够同时适用城市燃气与环保氢气的混合燃料SOFC,通过对混合燃料的兼容达到大幅减少二氧化碳排放的目的。
未来,电装将着眼全球,朝着2035年实现碳中和的目标进一步迈进。携手拥有共同愿景的合作伙伴一起迎接未来的挑战。
电装公司介绍
电装是世界先进的汽车零部件生产厂家之一。在美国《财富》杂志发布的2022年世界500强企业中排名第278名。如今,电装在全球30多个国家和地区拥有约200家关联公司,集团员工数约17万人。作为电装在中国的统括公司——电装(中国)投资有限公司,成立于2003年,凭借近年来在社会责任事业和可持续发展道路上所作出的成绩,在2021年南方周末中国企业社会责任榜中名次位列14,荣膺《南方周末》“2021年度杰出责任企业”奖项。目前在国内设有生产公司、销售公司以及软件开发公司等共计30多家关联企业,员工约17000人,建立了完善的销售、售后服务和生产供应体制。
