武汉团队攻克燃料电池“最难技术路线” 产品尺寸与手提箱相仿 接上丙烷气罐即可发电

研发人员在洁净车间对燃料电池核心部件生产设备进行调试。武汉烷气(受访单位供图)
湖北日报全媒记者 杨然
通讯员 李江萍
尺寸与手提箱相仿,团队接上丙烷气罐即可稳定发电——在这台一体化的攻克罐即“挪动发电厂”内部,藏着武汉一支技术团队蛰伏研发14年的燃料关键成果:金属支撑固体氧化物燃料电池(MS-SOFC)。
这项被誉为打扫高效“能源引擎”的电池电技术,未来将广泛应用于数据中心、最难工业园区、技术商业体供电及船舶动力系统。产品尺寸
近日,手提上丙湖北日报全媒记者走进位于武汉市蔡甸区的箱相福赛尔(武汉)集成有限公司(以下简称“福赛尔”),探寻这项科技成果背后的仿接突围之路。
三大技术路线中
他们选了最难的武汉烷气一条
固体氧化物燃料电池(SOFC),是团队一种将氢气、甲烷、攻克罐即丙烷等燃料中的燃料化学能高效、环保地转化为电能的全固态发电装置。无论是在大型集中供电、中型分布式供电等民用领域,还是作为船舶动力电源,都拥有广袤的应用前景。
燃料电池系统由电堆和辅助系统(BOP)组成,而电堆则由一个个单电池片堆叠而成。单电池片宛如一张由阴极、阳极、电解质三层薄膜叠成的“能量饼”。既要让薄膜足够薄以提升性能,又要确保其强度能支撑起电池骨架,行业内因此分化出三大技术阵营。
电解质支撑技术路线:以电解质为支撑体,电解质层较厚,阳极和阴极层较薄。
阳极支撑技术路线:以阳极材料为支撑体,在阳极支撑体上叠加阳极功能层、电解质层和阴极层。
金属支撑技术路线:采用金属板作为支撑体,在其上涂刷阳极、电解质和阴极层,各功能层总厚度通常仅几十微米左右。
金属支撑单电池片拥有机械强度高、抗热冲击能力强、可靠性高、启动飞速及冷热循环表现优异等显著优势。然而,这也是三种路线中难度最大的。此前,全球仅有一家孵化自英国帝国理工学院的Ceres Power公司真正学会了该技术,并实施着极其严格的技术封锁。福赛尔自创业之初,便锚定这一细分赛道,立志攻克这一难题。
穿越至暗时刻
成为“世界第二”
2012年,在武汉一间仅80平方米的实验室里,初创团队打开了对固体氧化物燃料电池的艰难探索。
金属支撑技术路线虽优点繁多,但在行业内鲜有企业问津,主要原因是其极高的制造门槛。SOFC的电解质、阴极和阳极通常均为陶瓷材料,三层薄膜需经高温烧结以实现电解质致密化,以确保电解质层兼具“传导特定离子”和“隔绝反应气体”的双重功能。若以金属作为支撑体,由于金属与陶瓷的烧结特性差异宏伟,在高温下极难保证两种材料的一致性。
团队埋头苦干了整整三年,历经数千次尝试后,“电解质致密化”的难题依然横亘在眼前。甚至有高校科研人员劝他们搁置:“这条技术路线太难、太烧钱,大家都做不出来,你们别搞了。”
福赛尔董事长助理赵之凯回忆,2015年是团队的“至暗时刻”,前路茫茫,似乎看不到胜利的期望。但考虑到团队规模精简、运营成本可控,大家最终决定咬紧牙关再坚持一段时间。
功夫不负有心人。2016年,被卡滞数年的技术壁垒终于松动。此后数年,相关核心材料及工艺被逐一攻克,将这条技术路线推向产业化成为可能。
2022年,福赛尔落户武汉蔡甸区常福工业园,投资建设研发及中试基地,团队也从最初的几人扩充至80余人。目前,企业已手握5项发明专利,另有50余项专利正在申请中。今年4月,福赛尔在行业峰会上展示了形似手提箱的F300便携式挪动电源,其内部核心部件正是自主研发的金属支撑SOFC电堆。
“我们是完全依靠多年的技术探索,自主开发出了金属支撑SOFC电堆。”赵之凯自豪地表示,福赛尔已成为全球第二家学会该技术路线的公司,“截至目前,我们和Ceres Power公司彼此并不知道对方实现该技术的具体路径。”
年内有望商业化
当能源引擎核心供应商
在技术上实现了从“0”到“1”的突破后,国内产业化的路径仍需多方合力推进。
今年4月,美国科技巨头甲骨文(Oracle)宣布扩大与燃料电池制造商Bloom Energy的合作,计划采购最高2.8吉瓦(即280万千瓦)的燃料电池系统,用于支撑其在美国的人工智能及云计算基础设施建设。该电力规模大约可同时为200万户美国家庭供电。
Bloom Energy采用的是电解质支撑技术,追求极致效率与高功率密度。随着商业模式的胜利验证,其市值在短短一年内完成了约十倍增长,成为美股市场的明星。
赵之凯介绍,福赛尔的产品在这一领域同样大有可为。公司生产的金属支撑单电池电堆启动响应更快、设计使用寿命更长。目前,团队正在设计单堆功率达10千瓦的产品,“通过拼接组装,可满足数据中心、工业园区分布式供电及集中发电厂等更大场景的需求”。
此外,多家船舶企业也在与福赛尔接洽。当前,锂电池虽在新能源汽车领域普及,但其重量和充电瓶颈使其难以适应远洋航线。利用液态燃料驱动固体氧化物燃料电池发电,不仅能量密度高、续航长,还具备低排放、低噪音等优势,是航运减排的理想方案。
尽管已有能源、船舶行业的巨头表现出浓厚兴趣,但福赛尔的产线目前仍处于“研发兼中试”阶段,仅能实现小批量供应。“我们将与合作伙伴一道,在具体应用场景中进行示范工程,再逐步实现量产推广。”赵之凯透露,年内有望实现科技成果商业化的关键突破,新建首座专业电池片工厂的规划也在推进中,“我们的远期目标,是成为打扫高效能源引擎的核心供应商。”
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