“如果能够讲用液体填充燃料、高效率地生成电的固体氧化物型燃料电池（SOFC）实用化，对于作为移动体的汽车来说很好“（日产汽车EV系统研究所主管研究员加藤崇）
日产汽车为了将来搭载到汽车上，正在致力于SOFC的开发。
SOFC是基于与丰田汽车的燃料电池车（FCV）“MIRAI”、韩国现代汽车“NEXO”采用的固体高分子型燃料电池（PEFC）不同的技术的电源。
使用固体高分子膜的PEFC的工作温度为70～90℃，而SOFC的高达600~1000℃。
因此，可以对燃料进行内部改性，有可能使用乙醇等液体作为燃料。
理论上的发电效率与PEFC的30～40%相比，高达40～65%。
目前的FCV是以氢气为燃料的，因此需要搭载70MPa（兆帕斯卡）等高压罐，为了安全对策不断增加，车内空间也不得不有所牺牲。
另一方面，SOFC有可能解决现有FCV存在的问题，因此日产的期待很大。
不过，现在的SOFC一部分是固定用的作为电源被实用化，但是在车载应用中留下了很多课题。
加藤先生关于SOFC的课题，「因为工作温度高启动花费时间，另一方面，车载用途不能花费很长的时间启动需要即使快速加热也不会损坏的耐久性。
另外，在车上使用的话，尺寸、重量、以及每重量的能量密度等都会大幅增加需要改善“。
因此，日产在新能源·产业技术综合开发机构（NEDO）的项目“面向燃料电池等利用飞跃性扩大的共同课题解决”型产学官合作研究开发事业中，无人机（名古屋市）、Atsumitec（滨松市）、集成技术（埼与玉县和光市）等一起，推进面向无人机的SOFC堆栈的开发。
实现长时间、高有效载荷飞行的SOFC目标是构筑面向实用化和多用途展开的基础技术。
“在海外，搭载PEFC的无人机已经实用化了，但是PEFC很难应对大型化。SOFC比PEFC效率高25%左右因为是陶瓷基础，所以轻量化的潜力也很高。因为陶瓷是日本的家传，所以可以用日本制造的”（无人机常务董事市原和雄）
那么，为什么日产要着手面向无人机的开发呢。“实际上我公司想开发无人机和eVTOL（电动垂直起降）机虽然没有确定，但作为面向移动性的能源之一很感兴趣。无人机重量输出非常很重要，那里和车很像。它是一个不能像定置用电源那样通过管线供给氢气的独立系统，这一点也是共通的”（加藤）。也就是说，面向车载用SOFC的开发这个目标，首先是面向要求特性相似的无人机锻炼技术的算盘。
在此次NEDO的项目中，日产负责SOFC单元的试制和分析。
然后，Atomitec开发了SOFC模块和系统，研究了无人机在无人机上的搭载性等。
无人机从小型到超大型有各种各样的种类，但该项目以中大型机为目标。
因为如果是这个领域的话，可以在输出和重量的平衡上发挥采用燃料电池的优点。
具体来说，中型飞机的起飞重量为11.5kg，有效载荷最大为2kg，燃料电池组重量为5kg，输出功率为1.3kW。大型飞机的起飞重量为30kg，有效载荷为8kg，堆为12kg，预计输出功率为3.3kW。
该项目于2021年8月启动，预计2023年3月末结束（根据进展情况，也有2年的延长）。
根据成果报告书，日产开发了10cm2的SOFC电池（图1）。AtomiTec32张（16段）×2片）开发层叠的模块，确认以104W发电（图2）。
输出密度为327mW/cm2，清除了最初作为目标的312.5mW/cm2以上（图3）。另外，据说这次作为燃料投入了100%的氢气。
图1日产开发的SOFC基准单元
尺寸是10cm2。
其特征在于用金属夹住陶瓷电解质的“金属支撑”技术。
据说采用了这个技术的电池，在世界范围内还没有被实用化（照片：日产汽车）
图2发电试验用燃料电池模块
32个标准单元格（16级）×2）层叠。
图3发电试验用模块的输出特性
以100%氢气为燃料，在700℃下工作时记录最高输出密度327mW/cm2。
今后计划实施以盒式气瓶中使用的丁烷为燃料的发电试验（来源：日产汽车）
日产开发的电池，面向大型化的「金属支持」技术有特征。
在SOFC中，电解质使用氧化锆系陶瓷，金属支撑在电解质的上下设置金属层。
由于陶瓷的热导率低，如果急速加热，则部分温度上升而破裂。
另一方面，在金属支撑件中，由于热在金属层中扩散，所以在层叠单元而大型化时不易破裂。
日产综合研究所EV系统研究所主任研究员盐见岳史先生说明「用金属支持脆弱的陶瓷。
作为电池是同样的厚度，不过，由于把陶瓷部分做薄设置金属层的事对急速加热和振动有着耐冲击性」。
NEDO的项目今后将实施开发的SOFC模块的丁烷气体发电试验和设想SOFC的无人机机体设计等。
另一方面，日产以搭载在车上为目标，将另外进行电池的大型化和生物乙醇等液体燃料的使用验证。
在现状下，如果是面向无人机的话，可以层叠10cm2的电池来实现充分的输出，“在车载用途中，最低也想要数kW的输出。
根据车格的不同，也有要求10 kW以上的情况”（加藤）。
因为是燃料电池，所以通过层叠电池单元可以实现高输出化，但是如果层叠多个小型的电池单元，则死区变大，输出密度降低。
而且，能否使用液体作为燃料在便利性等观点上非常重要。
另一方面，因为有将燃料从液体中气化的过程，所以系统的技术开发难度很高”（加藤）。
原文始发于微信公众号（电化学能源科学与技术）：日产SOFC燃料电池开发进展
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