王重海：先進(jìn)陶瓷技術(shù)在固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用
圖為山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院院長王重海做主題演講
日前，由中國電池工業(yè)協(xié)會、電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2021氫能與燃料電池技術(shù)及應(yīng)用國際峰會”在淄博舉行。山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院院長王重海院長做了題為“先進(jìn)陶瓷技術(shù)在固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用”的報告。
以下為報告實錄：
王重海：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家，因為我們這個單位在淄博，昨天很多人已經(jīng)去看過，對我們這個單位也有一個大致了解。
我作為淄博當(dāng)?shù)厝耍瑲g迎淄博以外的各位朋友來我們淄博，給我們指導(dǎo)。同時也感謝中國電池工業(yè)協(xié)會給予我們一個機(jī)會這次與大家交流的機(jī)會。
我的題目是“先進(jìn)陶瓷技術(shù)在固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用”。
內(nèi)容主要包括三部分。一單位簡介，單位簡介大家都看了我簡單地介紹一下。
我們是屬于中國建材集團(tuán)，我們從1970年從北京搬到淄博，當(dāng)時是因為淄博工業(yè)基礎(chǔ)比較好，特別是陶瓷工業(yè)基礎(chǔ)，今年是扎根淄博50年，淄博市對我們院發(fā)展支持也比較大。這是我們院在淄博的地位，有一個是國家標(biāo)準(zhǔn)化組織精細(xì)陶瓷技術(shù)委員會還有山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司，還有標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新型企業(yè)，去年我們還被批了山東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體也獲批了。
以前我們院是事業(yè)單位，后來轉(zhuǎn)為企業(yè)單位后來是自負(fù)盈虧，我們在院所里面做的還不錯，右邊是我們孵化的產(chǎn)業(yè)，從氧化鋁陶瓷、陶瓷纖維、陶瓷膜、還有氮化硅昨天也看到，陶瓷膜裝備，還有陶瓷的3D打印，以及陶瓷的精米加工。
這是孵化的產(chǎn)業(yè)，我也不展開講了。這碳化硅我單獨說一下，這是跟新能源汽車相關(guān)，目前我們院正在投資12億，建一個年產(chǎn)500噸的產(chǎn)品線，主要是陶瓷膜，現(xiàn)在一個是用于水處理，再就是用于氣體和溫室的處理，對高污的進(jìn)行脫硫可以達(dá)到超低排放的目的，這是陶瓷膜一些基礎(chǔ)，國內(nèi)涉及到工業(yè)陶瓷膜都是由我們院起草發(fā)布。
二、陶瓷技術(shù)在SOFC中的應(yīng)用，SOFC背景大家都清楚，特別是“雙碳”提出之后，在調(diào)解能源結(jié)構(gòu)中將發(fā)揮非常重要的作用，還可以實現(xiàn)碳中和可以二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳或者轉(zhuǎn)化成甲醇，未來市場非常大。而我們做的是非常核心的陶瓷電芯，因為需要高的工作溫度，600度到1000度的工作范圍。
我們基于先進(jìn)陶瓷制備工藝技術(shù)，我們接觸SOFC開始，從2017年開始，也是當(dāng)時中科院寧波所他們找到我們，來到我們這里一看，特別是我們具備陶瓷制備膜，一看和電池極板技術(shù)是一樣，我們立足于我們在先進(jìn)陶瓷這一方面的技術(shù)基礎(chǔ)，通過篩選這些技術(shù)都可以做。
可以非常容易實現(xiàn)循環(huán)生產(chǎn)，并且制造成本低，特別是在片式、管式這些方面都是非常成熟。如果是換成SOFC，主要是把材料換一下，整個制備工藝是完全一樣。
通過技術(shù)，一個是平板式的SOFC電池，還有一個片式，主要是基于最早的氧化鋁極片，基于這個方面，我們解決陶瓷的制備技術(shù)。
這個技術(shù)特點是在微孔結(jié)構(gòu)方面調(diào)控非常容易，因為SOFC對孔徑要求比較小，可以到50納米、100納米、200納米，就可以非常容易的復(fù)制，通過孔徑的控制，特別是我們做陶瓷和電化學(xué)之間一些技術(shù)，解決陶瓷制備的技術(shù)。
然后還涉及到制備的極板，還涉及到關(guān)鍵的核心的設(shè)備，因為作為先進(jìn)的陶瓷，在工業(yè)領(lǐng)域算是一個比較小的一個領(lǐng)域，所以專用的設(shè)備非常少，都是我們自主研發(fā)，推動成型、改造、燒解等最終的處理，從人、機(jī)、物、法、環(huán)等方面進(jìn)行全方位的控制。同一個產(chǎn)品每個部位的一致性都要求非常高，質(zhì)量的控制和工藝的控制都非常關(guān)鍵。
目前，大家SOFC陶瓷基片，包括開發(fā)的25瓦還有100瓦的突破低成本的產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，目前建成了年產(chǎn)100000片平管電池基片小試生產(chǎn)線，正在推進(jìn)年產(chǎn)10MW中試生產(chǎn)線的建設(shè)工作。我們對它充滿信心，應(yīng)該五年以上市場規(guī)模非常大。
剛才說的陶瓷基板，另外還涉及到其他材料，有可能在固體燃料電池方面得到應(yīng)用，這一方面是特別輕并且耐高溫。像一些傳統(tǒng)的材料，就需要非常熱，但是我這個需要非常薄，就可以達(dá)到隔熱要求，包括在航天、航空領(lǐng)域應(yīng)用非常大，保證在工業(yè)隔熱領(lǐng)域，這是材料的特點，密度非常輕0.3，導(dǎo)熱在0.02和0.03之間，還有在電池隔熱套里，額得到一些應(yīng)用。
我們做清潔材料特點是，有一種柔韌性，還可以加工，所以對加工的精度要求比較高，根據(jù)不同的形狀，可以加工程度你要的產(chǎn)品。
第二是陶瓷彈簧，這是我國目前卡脖子的技術(shù)，我們目前針對熱、動力，通過溫度，陶瓷彈簧有一定的彈性，達(dá)到熱力的效果，這是它的效能。還有密封材料高溫膠，通過使用過程中進(jìn)一步提高私密化，達(dá)到熱密封的作用，這是它的性能指標(biāo)。
三、發(fā)展思路。最后跟大家交流一下SOFC發(fā)展思路，剛才休息的時候跟西安交大李老師在交流，今天研討會涉及到陶瓷非常少。大家在做陶瓷的單位還是比較少的，如果是想達(dá)到質(zhì)子膜這種程度還需要大家付出更多的努力。但是通過日本、美國他們情況來看，這個相對來說是比較成熟。下一步通過政、產(chǎn)、學(xué)、研、用多個創(chuàng)新的要素，可以達(dá)到成果轉(zhuǎn)化效率，提高研發(fā)效率，包括寧波所西安交大可以展開這方面的合作，包括一些基金包括政府提供一些應(yīng)用場景，我覺得可以更快地促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。
在SOFC電池產(chǎn)業(yè)化方面，特別是電池均一性的問題可靠性難題，以及持續(xù)降低電池成本。另外我們發(fā)揮工陶院，做先進(jìn)陶瓷這方面的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，我們工陶院優(yōu)點就解決基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化之間，成果轉(zhuǎn)化最后一公里這個問題。
我們同時涉及到包括材料體系、制備的工藝，為此行業(yè)提供全程的解決方案。
我的匯報完畢，謝謝大家！
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