【科技】潜心研发十四载,武汉团队攻克燃料电池“最难技术路线”

焦点关注

 巨头转向！康明斯出售氢燃料电池业务

 九江市出台8条政策支持氢燃料电池车辆示范应用

 200人下岗！博世宣布在中国裁员，主要针对内燃机和氢燃料电池项目

F300便携式移动电源

　　尺寸与手提箱相仿，接上丙烷气罐即可稳定发电——在这台一体化的“移动发电厂”内部，藏着武汉一支技术团队蛰伏研发14年的关键成果：金属支撑固体氧化物燃料电池（MS-SOFC）。

　　这项被誉为清洁高效“能源引擎”的技术，未来将广泛应用于数据中心、工业园区、商业体供电及船舶动力系统。

　　近日，湖北日报全媒记者走进位于武汉市蔡甸区的福赛尔（武汉）集成有限公司（以下简称福赛尔），探寻这项科技成果背后的突围之路。

金属支撑单电池片

　　三大技术路线中，他们选了最难的一条

　　固体氧化物燃料电池（SOFC），是一种将氢气、甲烷、丙烷等燃料中的化学能高效、环保地转化为电能的全固态发电装置。无论是在大型集中供电、中型分布式供电等民用领域，还是作为船舶动力电源，都拥有广阔的应用前景。

　　燃料电池系统由电堆和系统BOP（辅助系统）组成，而电堆则由一个个单电池片堆叠而成。单电池片宛如一张由阴极、阳极、电解质三层薄膜叠成的“能量饼”。既要让薄膜足够薄以提升性能，又要确保其强度能支撑起电池骨架，行业内因此分化出三大技术阵营。

　　电解质支撑技术路线：以电解质为支撑体，电解质层较厚，阳极和阴极层较薄。

　　阳极支撑技术路线：以阳极材料为支撑体，在阳极支撑体上叠加阳极功能层、电解质层和阴极层。

　　金属支撑技术路线：采用金属板作为支撑体，在其上涂刷阳极、电解质和阴极层，各功能层总厚度通常仅几十微米左右。

　　金属支撑单电池片具有机械强度高、抗热冲击能力强、可靠性高、启动迅速及冷热循环表现优异等显著优势。然而，这也是三种路线中难度最大的。此前，全球仅有一家孵化自英国帝国理工学院的Ceres Power公司真正掌握了该技术，并实施着极其严格的技术封锁。福赛尔自创业之初，便锚定这一细分赛道，立志攻克这一难题。

金属支撑电池片具备优秀的抗弯附着力

　　穿越至暗时刻，成为“世界第二”

　　2012年，在武汉一间仅80平方米的实验室里，初创团队开启了对固体氧化物燃料电池的艰难探索。

　　金属支撑路线虽优点众多，但行业内鲜有企业问津，主要原因是其极高的制造门槛。SOFC的电解质、阴极和阳极通常均为陶瓷材料，三层薄膜需经高温烧结以实现电解质致密化，以确保电解质层兼具“传导特定离子”和“隔绝反应气体”的双重功能。若以金属作为支撑体，由于金属与陶瓷的烧结特性差异巨大，在高温下极难保证两种材料的一致性。

　　团队埋头苦干了整整三年，历经数千次实验后，“电解质致密化”的难题依然横亘在眼前。甚至有高校科研人员劝他们放弃：“这条技术路线太难、太烧钱，大家都做不出来，你们别搞了。”

　　福赛尔董事长助理赵之凯回忆，2015年是团队的“至暗时刻”，前路茫茫，似乎看不到成功的希望。但考虑到团队规模精简、运营成本可控，大家最终决定咬紧牙关再坚持一段时间。

　　功夫不负有心人。2016年，被卡滞数年的技术壁垒终于松动。此后数年，相关核心材料及工艺被逐一攻克，将这条技术路线推向产业化成为可能。

　　2022年，福赛尔落户武汉蔡甸区常福工业园，投资建设研发及中试基地，团队也从最初的几人扩充至80余人。目前，企业已手握5项发明专利，另有50余项专利正在申请中。今年4月，福赛尔在行业峰会上展示了形似手提箱的F300便携式移动电源，其内部核心部件正是自主研发的金属支撑SOFC电堆。

　　“我们是完全依靠多年的技术探索，自主开发出了金属支撑SOFC电堆。”赵之凯自豪地表示，福赛尔已成为全球第二家掌握该技术路线的公司，“截至目前，我们和Ceres Power公司彼此并不知晓对方实现该技术的具体路径。”

福赛尔公司净化车间

　　年内有望商业化，当能源引擎核心供应商

　　在技术上实现了从“0”到“1”的突破后，国内产业化的路径仍需多方合力推进。

　　今年4月，美国科技巨头甲骨文（Oracle）宣布扩大与燃料电池制造商Bloom Energy的合作，计划采购最高2.8吉瓦（即280万千瓦）的燃料电池系统，用于支撑其在美国的人工智能及云计算基础设施建设。该电力规模大约可同时为200万户美国家庭供电。

　　Bloom Energy采用的是电解质支撑技术，追求极致效率与高功率密度。随着商业模式的成功验证，其市值在短短一年内完成了约十倍增长，成为美股市场的明星。

F300电堆

　　赵之凯介绍，福赛尔的产品在这一领域同样大有可为。公司生产的金属支撑单电池电堆启动响应更快、设计使用寿命更长。目前，团队正在设计单堆功率达10千瓦的产品，“通过拼接组装，可满足数据中心、工业园区分布式供电及集中发电厂等更大场景的需求。”

　　此外，多家船舶企业也在与福赛尔接洽。当前，锂电池虽在新能源汽车领域普及，但其重量和充电瓶颈使其难以适应远洋航线。利用液态燃料驱动固体氧化物燃料电池发电，不仅能量密度高、续航长，还具备低排放、低噪音等优势，是航运减排的理想方案。

　　尽管已有能源、船舶行业的巨头表现出浓厚兴趣，但福赛尔的产线目前仍处于“研发兼中试”阶段，仅能实现小批量供应。“我们将与合作伙伴一道，在具体应用场景中开展示范工程，再逐步实现量产推广。”赵之凯透露，年内有望实现科技成果商业化的关键突破，新建首座专业电池片工厂的规划也在推进中，“我们的远期目标，是成为清洁高效能源引擎的核心供应商。”（湖北日报全媒记者 杨然 通讯员 李江萍）