2023国际SOFC最新资讯
发布时间:
2024-02-06
美国华盛顿州立大学(Washington State University)在固体氧化物燃料电池(SOFC)方面取得了关键进展,或让此种高能效、低污染的技术成为一种更可行的替代品,代替为汽车提供动力的汽油发动机。研究人员在博士研究生Qusay Bkour和Gene与Linda化学工程与生物工程系教授Su Ha的带领下,研发了一种独特且廉价的纳米颗粒催化剂,能够让该款燃料电池将汽油等液体燃料转化为电能,而不会在电化学过程中出现停顿,最终有助于实现二氧化碳排放量低的高效汽油动力汽车,因为二氧化碳排放是全球变暖的原因之一。
1.美国研发廉价催化剂制固体氧化物燃料电池可取代汽车汽油发电机
美国华盛顿州立大学(Washington State University)在固体氧化物燃料电池(SOFC)方面取得了关键进展,或让此种高能效、低污染的技术成为一种更可行的替代品,代替为汽车提供动力的汽油发动机。研究人员在博士研究生Qusay Bkour和Gene与Linda化学工程与生物工程系教授Su Ha的带领下,研发了一种独特且廉价的纳米颗粒催化剂,能够让该款燃料电池将汽油等液体燃料转化为电能,而不会在电化学过程中出现停顿,最终有助于实现二氧化碳排放量低的高效汽油动力汽车,因为二氧化碳排放是全球变暖的原因之一。燃料电池提供了一种清洁高效的方法,能够让燃料中的化学能直接转化为电能。此类电池与普通电池类似,也有阳极、阴极和电解液。不过,电池会提供之前存储的电力,与之不同的是燃料电池可以在有燃料的情况下持续提供电力。因为燃料电池依靠电化学反应工作,而不是让活塞做机械工作,所以燃料电池比汽车中的内燃机更高效。当氢气用作燃料时,燃料电池的唯一废物就是水。但是,虽然氢燃料电池技术的前景很好,将高压氢气存储在燃料罐中却带来了巨大的经济和安全挑战。此外,在美国几乎没有氢气基础设施,因此该技术的市场渗透率非常低。与纯氢燃料电池不同,研究人员研发的SOFC技术可利用汽油、柴油,甚至生物基柴油燃料等各种液体燃料工作,而且催化剂中无需使用昂贵的金属。由汽油SOFC技术驱动的汽车仍可以使用现有的加油站。但是,以汽油为燃料的燃料电池往往在内部会积累碳,从而让转化反应停止。硫等液体燃料中常见的化学物也会阻碍此类反应,还会让燃料电池失效。因此,华盛顿州立大学研究团队在SOFC燃料电池中采用了由镍制成的廉价催化剂,然后添加了元素钼的纳米颗粒。在测试掺钼催化剂时,研究人员发现其燃料电池可以连续工作24小时而不出现故障,该系统能够阻止碳堆积以及硫中毒。相比之下,普通的镍催化剂会让电池在一个小时内就失效。液体燃料电池技术在交通应用等各种耗电市场上有巨大的商机,研究人员们正与汽车行业搭建桥梁,制造出可以在真实环境下、运行得更持久的燃料电池。
2.日本早稻田大学取得新突破,利用SOFC从甲基环己烷(MCH)发电。
近日,日本早稻田大学的研究人员取得了一项重要突破,他们成功地利用固体氧化物燃料电池(SOFC)从甲基环己烷(MCH)发电。这一成果有望为氢能源的高效利用和储存提供新途径。
MCH是一种有机氢化物,具有液态性、低毒性以及高氢密度等优点,因此可以安全有效地运输和储存氢。然而,传统的MCH催化脱氢反应需要巨大的能量,且耐久性较差。为此,早稻田大学的研究团队试图寻找一种更高效、环保的方法来利用MCH产生电能。
研究小组使用阳极支持的SOFC进行实验,该设备的工作温度高于聚合物电解质燃料电池。在实验过程中,MCH与SOFC中的导电氧离子发生反应发电,实现了从有机氢化物到电能的直接转换。这意味着MCH可以发电,并且直接发电所需的能量比传统的MCH催化脱氢反应所需的能量要少。
研究小组组长Akihiko Fukunaga教授表示:“在这项研究中,我们已经证明了该装置可以应用于控制有机氢化物的脱氢反应和芳香环的氧取代反应。未来,应用燃料电池可能会创造出新的合成化学。”
早稻田大学的研究小组还设法在燃料电池中同时进行两个过程:有机氢化物的脱氢(吸热反应)和发电(放热反应)。为了实现这一目标,他们采用了阳极支持的SOFC,并严格控制了工作温度和碳沉积条件。实验结果显示,甲苯与苯的生产比达到了94:6。
该研究小组的工作已经发表在《应用能源》第348卷上(Dehydrogenation of methylcyclohexane using solid oxide fule cell-A smart energy cnversion)。这一突破性成果为氢能源的高效利用和储存提供了新的可能性,有望推动燃料电池技术的发展和应用。
3.斗山燃料电池投入4.2亿增建SOFC产线
10月19日Doosan Fuel Cell Inc.正式宣布开发“韩国型“固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)。SOFC核心配件的Cell和Stack全部实现国产化,同时实现燃料电池系统在2024年开始量产的目标。
斗山集团保有质子交换膜燃料电池(PEMFC)以及磷酸燃料电池(PAFC)的核心技术,未来斗山将通过第三种SOFC技术确保斗山在全球的燃料电池领先地位。
Doosan Fuel Cell Inc. 在19日宣布公司理事会通过了韩国型SOFC生产设备投资的计划。发电用SOFC的Cell和Stack的生产产线以及SOFC系统的自动组装产线将在2023年末前投资724亿韩元(约合4.2亿人民币)。同一天,DoosanFuel Cell Inc.与英国的SOFC技术公司Ceres Power签订了技术协议。双方将在产线的建立以及设备的开发方面进行合作。
在800℃高温工作的SOFC技术对比其它燃料电池产品具有更高的发电效率,更加适用于只需要电不需要热的应用场景。而DoosanFuel Cell Inc.将利用现有技术开发温度在620℃的SOFC发电系统,该系统对比现在的产品具有更高的发电效率以及更久的使用寿命。
Doosan Fuel Cell Inc. CEO Yoo-Sookyung提到,”韩国型SOFC”的开发将进一步拓展斗山燃料电池产品线,根据客户的需求提供PEMFC, PAFC, SOFC不同的产品,尤其是斗山保有的氢燃料电池产品作为100%绿色环保的发电系统将进一步确保斗山在全球燃料电池市场的主导地位。
与此同时,DoosanFuel Cell Inc.为了将现在韩国63MW产能提高到260MW,进行了3,420亿韩币(约20亿人民币)的增资投入。以确保满足韩国政府提出的氢燃料电池发电义务化以及部分海外市场销售的需要。
根据DoosanFuel Cell Inc.目前的销售现况分析,韩国的GreenNew Deal政策以及全球其它国家对氢能经济的投入,预计2023年,全球燃料电池市场的需求规模将从现在300MW提升至580MW。Doosan Fuel Cell Inc.的2023年销售目标也从1兆韩元提升至1.5兆韩元(约90亿RMB)
4.全球首个兆瓦级液态有机储氢项目(LOHC/SOFC动力总成)
Ship-aH2oy将应用兆瓦级液态有机储氢LOHC(Liquid Organic HydrogenCarriers-液态有机物储氢技术)技术的绿氢,在船上开发和应用零排放推进技术。欧洲气候基础设施和环境执行机构已拨款1500万欧元支持该为期5年的项目。该项目由17家合作单位共同承接。
该项目结合应用LOHC和固体氧化物燃料电池SOFC为动力总成,和传统内燃机相比改进明显。项目开发的LOHC/SOFC动力总成将集成到Edda Wind 的调试/服务操作船 (C/SOV) 上进行示范应用。
Hydrogenious LOHC Technologies 将负责监督 LOHC 释放单元的详细设计以及与 SOFC 的集成,而 Hydrogenious LOHC Maritime 将和外部 的SOFC 供应商对接,负责整个系统的集成,并安装到Edda Wind已经准备好的容器中。该项目旨在通过集成多兆瓦的LOHC/SOFC为大型船只和发电厂设计可拓展的系统架构。
该船只的项目经理Østensjø Rederi,负责关键界面和机器空间设计,和船东Edda Wind 一起,展示应用船载绿氢的高效支行。在首次成功示范该技术后,Ship-aH2oy 合作伙伴已经计划用 LOHC/SOFC 系统改装其他几艘船只。
Hydrogenious LOHC Technologies 首席技术官 Caspar Paetz 博士表示,Ship-aH2oy 项目中有非常特殊的技术转折将有针对性的高水平热集成,可利用SOFC余热用于吸热脱氢过程的氢能释放单元。通过有针对性的高效热集成,可实现较高的整体系统效率。
Hydrogenious LOHC Maritime 总经理Øystein Skår表示,在 Ship-aH2oy 项目中, LOHC 技术将提供兆瓦级驱动功率。该项目是向着兆瓦级车载 LOHC 电力系统的批量生产迈出的一大步。
5.Bloom Energy和SK Ecoplant合作建设韩国南方电力公司的氢能项目
Bloom Energy(NYSE:BE)和 韩国工程能源提供商SK集团的SK ecoplant对外宣布,购买BE的SOEC电解水制氢技术建设大型绿色制氢示范项目,该项目由韩国南方电网公司(KOSPO)和当地政府发起。这是韩国首个大型SOEC示范项目,将在2025年投入商业运行,其中包括1.8MW的BE公司的SOEC专有绿氢生产技术,用于济州岛(Jeju Island)的绿色交通运输,济州岛是韩国最大的可再生能源示范基地。自从2018年BE和SK建立合作关系以来,累计建设了400MW的SOFC发电系统工程。
6.博世投资英国Ceres Power Holding公司合作开发高效SOFC
博世公司将收购英国Ceres Power Holdings公司4%的股份,共同开发下一代固体氧化物燃料电池,用于电动汽车充电。
根据周一(20日)的收盘价计算,这笔股份价值770万英镑(约合982万美元),将使博世成为该集团十大股东之一,与潍柴动力股份有限公司并驾齐驱。
博世集团董事会成员斯特凡哈通(Stefan Hartung)在一份声明中表示:“博世认为,高效、低排放的燃料电池可以在能源系统供应的安全性和灵活性方面发挥重要作用。”
博世公司表示,小型的SOFC(固体氧化物燃料电池)模块可用于满足都市地区日益增长的电力需求,仅大型发电站无法满足更高的(汽车)用电需求。此外,博世公司的目标是建造能够产生10千瓦电力的SOFC模块,而核电站的容量通常为1千兆瓦。
在《欧洲汽车新闻》全球100强供应商排行榜上,博世排名第一。2017年,在全球原装设备汽车零部件领域,博世的销售额高达475亿美元。
7.Bloom Energy的大功率天然气SOFC发电系统首次用于大型邮轮
Bloom Energy(布鲁姆能源公司)的SOFC燃料电池系统实现了首次船上部署,并且展现了更高的发电效率。地中海邮轮旗下的“欧罗巴(Europa)”号豪华邮轮搭载了布鲁姆150千瓦的固体氧化物燃料电池(SOFC),它通过使用液化天然气(LNG)为该邮轮在靠泊期间提供辅助动力。在世界杯期间,这艘世界级邮轮曾靠泊卡塔尔的多哈邮轮港。布鲁姆能源公司表示,布鲁姆燃料电池在船舶停泊期间的发电效率为60%,与现有的其他电力系统相比有了显著的提高。同时,还能减少30%的碳排放,并且没有甲烷泄漏。此外,这一燃料电池系统不仅在“欧罗巴”号靠泊期间表现优异,在其从法国圣纳泽尔到卡塔尔的首航过程中,也实现了全功率输出。
8.Bloom Energy 建成大型4MW SOEC高温电解水制氢装置
2023年5月,电解槽制造商 Bloom Energy 在加利福尼亚州的 Nasa Ames 研究中心启动了迄今为止最大的固体氧化物电解槽 (SOEC)。4MW 系统每天能够产生 2.4吨的氢气,每 MW(兆瓦) 的氢气比同等的商用低温电解槽多 20-25%。Bloom Energy之前曾在美国能源部爱达荷国家实验室测试过一个 100kW 的 SOEC,在那里它模拟了核电条件,并展示了使用每公斤氢 37.7kWh 的生产。该试点生产氢气的效率比低温电解槽高 25% 以上。
9.芬兰Elcogen 和韩国Bumhan Fuell Cell签署协议,共同推动SOFC&SOEC技术的商业化
成立于1990年的Bumhan Fuel Cell是韩国专门从事氢应用技术的公司,产品包括燃料电池、氢气压缩机和加氢站。Bumhan Fuel Cell是世界第二家研发和商业化潜艇用氢燃料电池的公司,公司并基于其核心燃料电池技术,构建了广泛的产品组合,包括建筑物用燃料电池、氢能动力船舶和氢能动力公交车。自成为Hynet(韩国氢能源网络)的股东开始涉及加氢站业务,到2023年已有30多个订单,目前有很多加氢站已进行商业化运营或正在建设中。
据双方协议,Elcogen将提供SOFC和SOEC技术,为绿氢和零排放能源生产提供高效解决方案。Elcogen公司技术降低了商业成本,为客户提供可负担的能源解决方案。
Elcogen的首席执行官Enn Õunpuu表示,和Bumhan签署的协议是已有合作关系的延续。很高兴和Bumhan合作,将Elcogen的SOFC和SOEC技术带入市场。
10. 沙赫雷科德大学提出了可海水淡化的SOFC的创新应用
沙赫雷科德大学(Shahrekord University) Afrasiab Raisi近日提出了一种结合固体氧化物燃料电池(SOFC)、压缩空气储能(CAES)和海水淡化装置来发电的新型储能配置。在TOPSIS点,该系统的往返效率为71.03%,总成本为34.07美元/小时,污染率为0.184 kg/kWh。该系统是结合SOFC、CAES和海水淡化装置来发电的新型储能配置。压缩空气是由三台压缩机在充电过程中以相同压比运行,使用额外的电力完成。燃气轮机燃烧产物预热空气,预热后的燃料与水蒸气混合,随后,燃料电池使用电化学过程从预热的空气和预处理的燃料中发电。水蒸馏由燃气轮机废气中的废热加热。多级蒸馏(MED)装置通过在压缩空气期间利用压缩废热和利用燃气轮机废气的废热来生产淡水。作者对系统进行数学建模,并利用EES软件从技术、经济性和环境友好性三个方面评估系统。然后利用神经网络算法得到最精确的模型,缩短了优化时间。通过参数分析研究系统的性能及其对目标函数的影响。随后,使用灰狼算法降低了成本率和CO2排放指数,同时最大化了㶲效率。结果表明,随着电流密度的增加,系统效率降低,成本上升。通过TOPSIS决策标准得到的最优点具有71.03%的效率、34.07美元/小时的总成本率和0.184千克/千瓦时的污染率。储气室入口压力、压缩机压比和电流密度等因素对系统性能有相当大的影响。根据研究结果,储气室入口压力、压缩机压比、电流密度和燃料电池的入口温度应通常保持在尽可能低的水平。