王重海：先進(jìn)陶瓷技術(shù)在固體氧化物燃料電池中的應用
圖為山東工業(yè)陶瓷研究設計院院長(cháng)王重海做主題演講
日前，由中國電池工業(yè)協(xié)會(huì )、電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2021氫能與燃料電池技術(shù)及應用國際峰會(huì )”在淄博舉行。山東工業(yè)陶瓷研究設計院院長(cháng)王重海院長(cháng)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用”的報告。
以下為報告實(shí)錄：
王重海：尊敬的各位領(lǐng)導、各位專(zhuān)家，因為我們這個(gè)單位在淄博，昨天很多人已經(jīng)去看過(guò)，對我們這個(gè)單位也有一個(gè)大致了解。
我作為淄博當地人，歡迎淄博以外的各位朋友來(lái)我們淄博，給我們指導。同時(shí)也感謝中國電池工業(yè)協(xié)會(huì )給予我們一個(gè)機會(huì )這次與大家交流的機會(huì )。
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用”。
內容主要包括三部分。一單位簡(jiǎn)介，單位簡(jiǎn)介大家都看了我簡(jiǎn)單地介紹一下。
我們是屬于中國建材集團，我們從1970年從北京搬到淄博，當時(shí)是因為淄博工業(yè)基礎比較好，特別是陶瓷工業(yè)基礎，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(gè)是國家標準化組織精細陶瓷技術(shù)委員會(huì )還有山東工業(yè)陶瓷研究設計院有限公司，還有標準創(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(lái)轉為企業(yè)單位后來(lái)是自負盈虧，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(kāi)講了。這碳化硅我單獨說(shuō)一下，這是跟新能源汽車(chē)相關(guān)，目前我們院正在投資12億，建一個(gè)年產(chǎn)500噸的產(chǎn)品線(xiàn)，主要是陶瓷膜，現在一個(gè)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)行脫硫可以達到超低排放的目的，這是陶瓷膜一些基礎，國內涉及到工業(yè)陶瓷膜都是由我們院起草發(fā)布。
二、陶瓷技術(shù)在SOFC中的應用，SOFC背景大家都清楚，特別是“雙碳”提出之后，在調解能源結構中將發(fā)揮非常重要的作用，還可以實(shí)現碳中和可以二氧化碳轉化為一氧化碳或者轉化成甲醇，未來(lái)市場(chǎng)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(kāi)始，從2017年開(kāi)始，也是當時(shí)中科院寧波所他們找到我們，來(lái)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，通過(guò)篩選這些技術(shù)都可以做。
可以非常容易實(shí)現循環(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(gè)制備工藝是完全一樣。
通過(guò)技術(shù)，一個(gè)是平板式的SOFC電池，還有一個(gè)片式，主要是基于最早的氧化鋁極片，基于這個(gè)方面，我們解決陶瓷的制備技術(shù)。
這個(gè)技術(shù)特點(diǎn)是在微孔結構方面調控非常容易，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制，通過(guò)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)鍵的核心的設備，因為作為先進(jìn)的陶瓷，在工業(yè)領(lǐng)域算是一個(gè)比較小的一個(gè)領(lǐng)域，所以專(zhuān)用的設備非常少，都是我們自主研發(fā)，推動(dòng)成型、改造、燒解等最終的處理，從人、機、物、法、環(huán)等方面進(jìn)行全方位的控制。同一個(gè)產(chǎn)品每個(gè)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(kāi)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(xiàn)，正在推進(jìn)年產(chǎn)10MW中試生產(chǎn)線(xiàn)的建設工作。我們對它充滿(mǎn)信心，應該五年以上市場(chǎng)規模非常大。
剛才說(shuō)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用，這一方面是特別輕并且耐高溫。像一些傳統的材料，就需要非常熱，但是我這個(gè)需要非常薄，就可以達到隔熱要求，包括在航天、航空領(lǐng)域應用非常大，保證在工業(yè)隔熱領(lǐng)域，這是材料的特點(diǎn)，密度非常輕0.3，導熱在0.02和0.03之間，還有在電池隔熱套里，額得到一些應用。
我們做清潔材料特點(diǎn)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(dòng)力，通過(guò)溫度，陶瓷彈簧有一定的彈性，達到熱力的效果，這是它的效能。還有密封材料高溫膠，通過(guò)使用過(guò)程中進(jìn)一步提高私密化，達到熱密封的作用，這是它的性能指標。
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(shí)候跟西安交大李老師在交流，今天研討會(huì )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(guò)日本、美國他們情況來(lái)看，這個(gè)相對來(lái)說(shuō)是比較成熟。下一步通過(guò)政、產(chǎn)、學(xué)、研、用多個(gè)創(chuàng )新的要素，可以達到成果轉化效率，提高研發(fā)效率，包括寧波所西安交大可以展開(kāi)這方面的合作，包括一些基金包括政府提供一些應用場(chǎng)景，我覺(jué)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(wèn)題可靠性難題，以及持續降低電池成本。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(diǎn)就解決基礎研究和產(chǎn)業(yè)化之間，成果轉化最后一公里這個(gè)問(wèn)題。
我們同時(shí)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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