mile米乐m6(中国)官方网站v 高效微型燃料电池模块研发成功

独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长吉川博之]（以下简称“AIST”）先进制造工艺研究部[研究部部长三留秀人]功能模块化研究组组长粟野雅信、研究员铃木俊雄等人与NGK火花塞株式会社（以下简称“日本火花塞株式会社”）合作，开发了能够在450至550摄氏度低温运行的小型管型固体氧化物燃料电池 (SOFC)模块该模块采用直径为毫米至亚毫米的小型管式SOFC，即使在550℃以下的低温区域，也为2W/cm³的产生的功率密度³它是一类微型燃料电池模块。

　SOFC是各种燃料电池中最常见的能量转换效率然而，传统的SOFC需要800至900°C的工作温度，因此它们的使用仅限于大型固定电源，并且人们强烈希望SOFC能够在低温下工作并用作小型便携式电源。

　AIST此前与NGK SPARK PLUG合作开发了立方体形状的微型SOFC，并通过优化模块结构和陶瓷电极结构，成功开发了最新的微型燃料电池模块，以满足超小型发电模块的需求。该模块几乎不需要动力将空气泵入多孔体，并且可以通过自然扩散供应空气，从而可以显着提高系统效率并缩小尺寸。该技术有望作为小型移动电子设备的电源得到广泛的应用。

　这一结果将在2009年2月18日至20日在东京国际展示场举行的nano tech 2009和2009年2月25日至27日在东京国际展示场举行的FC EXPO 2009上公布。

新开发的微型SOFC模块

微型SOFC模块性能测试结果

　燃料电池可以直接从燃料与氧气和二氧化碳之间的化学反应中提取电能₂且能量转换效率高，作为下一代清洁能源，正在积极进行研究开发并投入实用。燃料电池因其构成材料而异。固态聚合物 (PEFC)、熔融碳酸盐形式 (MCFC)、磷酸盐形式 (PAFC)、固体氧化物形式（SOFC）等。其中，PEFC的工作温度低至100摄氏度，因此作为家用和汽车用燃料电池已进入实用化阶段。

另一方面，SOFC具有最高的发电效率，完全由固体材料构成，可靠性高，易于操作，并具有能够使用碳氢燃料等优异特性。然而，由于其工作温度高达800至900摄氏度，其使用传统上仅限于大型发电设施。

　但由于能量转换效率高、燃料种类丰富等巨大优势，家庭分布式电源、移动电子设备的电源、汽车辅助电源 (APU)工作温度为500至700℃，因此可用于10909_10938|等等快速启动/停止操作

以电化学方式转换物质和能量陶瓷反应器是构成SOFC最重要的元素。人们认为，通过使这种陶瓷反应器的单元变得微观且高度集成，将有可能实现抗热冲击的高性能陶瓷反应器。我们相信，将其应用于 SOFC 将实现更低的工作温度和快速启动操作，并且我们进行了研究，以实现即使在低于 650°C 的工作温度下也具有高输出和抗热冲击能力的 SOFC 的商业化。

　为了降低工作温度，目前已开发出多种陶瓷电解质材料和电极材料，工作温度已降至500-600℃。然而，快速启动和停止操作期间的热变形问题是常见电池结构扁平电池的主要问题，需要彻底的解决方案。

因此，产业技术研究所与NGK SPARK PLUG合作，开发管状结构和集成技术的微型SOFC，迄今为止已成功生产出可以进行快速启动操作的电池束（2007 年 3 月 29 日新闻公告)（图 1）。

图1 传统立方体微型SOFC

　这些主要是为了应用于数100W至数kW级的系统而开发的，并且需要解决关于构建数W至数10W级的小型燃料电池系统所需的微型SOFC模块的进一步技术问题。在这些技术问题中，最重要的问题是优化电池集成度，因为增加电池集成度是确保空气通道和热平衡的权衡。

　这项研究是新能源和工业技术开发组织项目“陶瓷反应器开发”的一部分。

　AIST与NGK SPARK PLUG合作，使用亚毫米直径的高性能管状SOFC作为陶瓷反应器，成功开发了低负载微型SOFC模块（图2）。通过优化微型SOFC束的内部结构和布置，该模块具有最小化供气功率的结构，并且易于控制热平衡，从而使该模块通过自然扩散供气也表现出高性能。燃料从歧管供应至电堆，空气在模块平面内流动并通过自然扩散供应至电堆。

图2 新开发的微型SOFC模块

　所使用的管式微电池为直径08mm的管状，电解质材料为二氧化铈陶瓷，燃料侧电极材料镍-二氧化铈系统陶瓷、空气侧电极材料镧钴-二氧化铈使用陶瓷。这些微管电池被集成到由镧钴陶瓷制成的多孔结构中，形成微束。图 3 显示了实际制造的 10x10x2mm 微型 SOFC 束（5 个直径为 08mm 的微管电池）的堆叠（06 厘米），分三级串联。³）。

图 3 微型 SOFC 堆栈（06 厘米）3）

　通过将燃料歧管连接到该电池堆结构来构建微型 SOFC 模块（图 4）。

图4微型SOFC模块外观

　通过在450至550℃下向该模块流通氢气进行性能测试，结果为088至22W/cm³得到（450-550℃：每堆体积）（图5）。

图5微型SOFC模块性能测试结果

　该电堆的重量仅为2g左右，在单位重量的发电输出方面表现出了优异的性能。通过使用本研究开发的微型SOFC模块，据认为可以根据所需功率堆叠模块来构建高达数十瓦的系统，因此有望应用于小型电子设备的便携式电源。

　未来我们将利用新开发的微型SOFC模块考虑进一步集成和模块结构优化，并进行性能验证测试。抗冲击性），我们计划促进研究和开发，以实现能够快速启动和停止运行的高输出、紧凑且高效的SOFC系统（图6）。

图6 10W级模块概念图 (总体积20cm3度)

◆固体氧化物燃料电池（SOFC）

 

燃料电池作为一种高效、清洁的发电方式正在被广泛开发，它可以直接通过氢和氧的化学反应产生电能。其中，SOFC是一种使用氧化物的燃料电池，通常在600至1000℃下运行。在各种类型的燃料电池中，燃料电池的效率和耐用性最高，而且通过利用废热，整体效率极高，因此其实用化被寄予厚望。[返回来源]

◆模块

 

束是多个电池（此处为微管形状）的集合，它们是燃料电池的基本组成部分和发电构件（此处微管电池集成在多孔材料中），而电池堆是当束以串联方式电连接时。通过集成这些电堆并附接燃料歧管而制成的发电单元称为模块。[返回来源]

◆产生的功率密度

 

单位体积，例如1cm³的燃料电池堆所能提取的电量。正常功率密度通常指的是每单位电极面积的功率量，但这里我们显示的是每体积产生的功率量，这是系统尺寸的指南。[返回来源]

◆能量转换效率

 

输入燃料的能量（化学能）转换成电能的比率。燃料电池的一个特点是可以直接将化学能转化为电能。[返回来源]

◆聚合物电解质燃料电池（PEFC）

 

它是一种使用聚合物的燃料电池，可以在70至100摄氏度的温度下运行，适合移动电源和小容量电源。这种类型的燃料电池目前用于燃料电池汽车。[返回来源]

◆熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）

 

使用锂和碳酸钠等的燃料电池，工作温度为650至700℃。它具有与SOFC相当的能量转换效率。[返回来源]

◆磷酸燃料电池（PAFC）

 

它是一种使用磷酸水溶液并在200℃左右的工作温度下运行的燃料电池。目前开发已进入商业化阶段。[返回来源]

◆家用分布式电源

 

可以安装在家庭房屋内、独立运行、为每个家庭供电的电源。[返回来源]

◆移动电子设备电源

 

移动和便携式电子设备（手机、笔记本电脑等）的电源。[返回来源]

◆汽车辅助电源(APU)

 

随着汽车变得更加复杂和实用，它们需要更多的电力。它是一种辅助电源，提供汽车所需的动力。通过在混合动力汽车等启动和加速时以及操作卡车上安装的高功耗设备（例如冰箱）时使用辅助电源，可以最大限度地减少怠速期间的能量损失和空气污染物排放。[返回来源]

◆快速启动/停止操作

 

为了运行SOFC，需要将SOFC的温度升高至运行所需的温度。这时，如果能够快速升温和停止，而不需要花费太多时间，那么使用起来就会很高效。另一方面，快速升温和停止会产生较大的热应变，这可能会损坏陶瓷结构。因此，实现快速启动和关闭操作是 SOFC 的主要技术挑战。[返回来源]

◆陶瓷反应釜

 

使用陶瓷材料转换物质和能量的电化学反应系统。例如，氧化锆（含有氧化钇固溶体的ZrO₂) (YSZ)。应用示例包括传感器、燃料电池和废气净化。[返回来源]

◆镍-二氧化铈体系

 

镍 (Ni) 和二氧化铈 (CeO)₂)型陶瓷的混合物，是常用作SOFC燃料电极材料的材料。[返回参考源]

◆钴酸镧-二氧化铈型

 

钙钛矿氧化物和二氧化铈（CeO₂)型陶瓷并表现出高电子传导性。常用作SOFC中的空气电极材料。[返回来源]

◆抗冲击性

 

当将燃料电池安装在汽车、移动电子设备等中时，燃料电池需要具有抗冲击性。特别是，由于SOFC使用陶瓷，因此目前正在积极进行改善材料结构以确保耐冲击性的研究。[返回来源]