关于固体氧化物燃料电池你需要知道的一切

燃料电池是在一个多世纪前发明的，自 1960 年代以来，几乎所有 NASA 太空任务都使用了燃料电池。它们的独特之处在于它们可用于广泛的应用，从为卫星和太空舱发电，到为汽车、公共汽车或船只等燃料电池车辆供电，再到为建筑物提供主要或应急备用电源。

燃料电池有多种类型，但它们都有一个共同的设计和工艺：夹在电解质周围的负极（阳极）和正极（阴极）发生电化学反应以产生电流。电解质是一种离子导体，可将离子从燃料移动到空气或将空气移动到燃料以产生电子流。电解质因燃料电池类型而异，并且根据所使用的电解质，燃料电池经历的电化学反应略有不同，使用不同的催化剂，使用不同的燃料运行，并实现不同的效率。

几十年来，专家认为固体氧化物燃料电池 (SOFC) 具有极高的电效率和低运营成本，是所有燃料电池技术中最大的潜力。事实上，SOFC 很可能成为未来六年增长最快的燃料电池领域。

Bloom Energy 是 SOFC 行业的领导者，利用该技术以当今任何电力解决方案的最高效率之一将燃料转化为电能。SOFC 通过 Bloom Energy Servers（通常称为" Bloom Boxes "）产生主要电力。

那么，Bloom Energy 的 SOFC 是如何与燃料和氧气发生反应从而如此高效地发电的呢？

电化学反应：从化学能到电能

SOFC 中的电解质是独一无二的；它是一种坚固的陶瓷材料。Bloom 燃料电池中的阳极和阴极电极是涂在电解质上的特殊专有油墨。与其他类型的燃料电池不同，制造 Bloom 的 SOFC 不需要贵金属、腐蚀性酸或熔融材料。

在能源服务器（"Bloom Box"）内部高温运行时，环境空气进入燃料电池的阴极侧。同时，蒸汽与从阳极侧进入的燃料（天然气或沼气）混合，产生重整燃料。当重整后的燃料穿过阳极时，它会从阴极吸引氧离子。氧离子与重整燃料结合产生电力、蒸汽和二氧化碳。

反应中产生的蒸汽被再循环以重整燃料。由于这种回收过程，Bloom 的燃料电池在正常运行期间不需要水。相反，火力发电厂需要大量的水进行冷却。事实上，在美国，水的第一大用途是冷却发电厂。为了在一年内每小时生产 1 兆瓦，美国电网的热电发电比我们的平台多抽取约 1.56 亿加仑的水。

电化学过程还产生保持燃料电池温暖和驱动重整反应过程所需的热量。只要有燃料和空气，燃料电池就会继续将化学能转化为电能，直接在燃料电池部位提供电流。

SOFC 是为 Bloom Energy Server 制造的第一个（也是最小的）组件。然后将 SOFC 组合成一个燃料电池堆，多个堆形成一个服务器模块（或"Bloom Box"）。四到六个模块组合成一个 200-300kW 的能源服务器，其产生的电力大约相当于标准 30 英尺集装箱的一半。

由于服务器像构建块一样组合在一起，模块化设计允许以各种配置将任意数量的系统聚集在一起，以形成从数百千瓦到数十兆瓦的解决方案。

Bloom Energy 服务器的工作原理

燃料电池：蓬勃发展的动力解决方案

据《燃料电池行业评论》估计，自 2014 年以来，燃料电池的出货量以 44% 的复合年增长率或复合年增长率增长——与早期几十年太阳能和风能的兴起平行。

Klippenstein 指出，不断提高的电力效率和与天然气基础设施的兼容性为固体氧化物燃料电池自身 24% 的复合年增长率奠定了基础，并且商业准备不仅通过 Bloom Energy 的众多能源服务器，而且通过目前部署的估计 70,000 个家庭 SOFC通过日本的 Ene-Farm 计划。

是什么推动了这种快速增长？首先，对能源多样化和使用替代能源的需求不断增长。在气候变化后的世界中，碳排放增加、极端天气事件和脆弱电网的威胁比以往任何时候都更加紧迫，企业和社区需要三件事：更实惠的电力、更有弹性的电力和更清洁的能源。燃料电池的独特定位是满足这一利基市场。

通过电化学反应而不是燃料燃烧来发电意味着燃料电池比传统的基于燃烧的技术更清洁、更可持续。

燃料电池在两个方面是清洁的：首先，它们避免排放有害的空气污染物，包括氮氧化物和二氧化硫，这与世界范围内严重的呼吸系统疾病和空气质量差有关；其次，与燃料电池相比，它们减少了温室气体排放。网格。

例如，"Bloom Box"使用的 SOFC 可以使用天然气、可再生沼气或氢气。当"Bloom Box"使用天然气运行时，电化学过程中产生的 CO ₂ 比美国电网产生的碳排放量少 50%。当"Bloom Box"使用可再生沼气或氢气运行时，排放量分别是碳中性和零碳。

虽然燃料电池提供了一种通过减少排放来解决气候变化原因的方法，但它们也减轻了气候变化的后果，包括由前所未有的天气事件（如中西部极地涡旋）引起的更严重、更频繁和更长时间的停电。因为燃料电池通常在现场就地产生电力，就在消耗的地方，它们提供了更高的电气可靠性和能源安全性。

分布式发电避免了传统输配电线路的脆弱性，为自然灾害、网络威胁和其他人为灾害造成的停电提供了必要的缓冲。此外，利用地下管道基础设施避免了电网上经常发生的那种级联故障。

燃料电池也是微电网的理想构建块；医院和医疗机构、高科技制造中心、数据中心和零售店等需要在电网出现故障时继续运营的企业越来越多地采用带有燃料电池技术的微电网，以获得更可靠的电力。

燃料电池不断被证明是替代能源发电领域中效率、弹性和可持续性的最佳组合，因此是企业和社区的领先发电技术。

https://www.bloomenergy.com/blog/everything-you-need-to-know-about-solid-oxide-fuel-cells/

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