双碳目标下构建以新能源为主体的新型电力系统中，其最大障碍是波动性、间歇性与不可预测性。氢能具有清洁高效的能源属性和能源载体，可以通过横跨电网、热网、气网的能源耦合，形成更灵活、更安全、更智慧的能源系统。燃料电池是氢能高效利用的终端装置，它可以通过电化学反应直接将贮存在燃料中的化学能转变为电能，其反应过程不受卡诺循环的限制，因此理论能量转化效率可达90%。另外，在产生电力的同时，不排放氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）,因此燃料电池发电技术具有清洁、高效、无噪声的突出优点，
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种工作于650℃的高温燃料电池，具有燃料来源广（可不使用纯H2作为燃料）、占地面积小、污染物排放少、发电效率高等优点，寿命可达40000小时以上，而且能够以空气和CO2为原料参与电化学反应，系统产生的CO2能够进行循环利用，温室气体排放量大大降低，特别适合于做分布式电站，实现热电联供，对节能减排、提高能源利用效率、助力双碳目标的实现具有重大的现实意义。
在市场竞争力方面，熔融碳酸盐燃料电池可以推出模块化产品，小到家庭用千瓦级产品，大至百兆瓦级熔融碳酸盐燃料电池工厂。单个熔融碳酸盐燃料电池模块最大可以输出300KW的功率，可以满足几十户民居的使用。另外，熔融碳酸盐燃料电池原料来源广泛，可以采用煤气、天然气、沼气等作为原料，可以作为小区、医院、基站、边防的主电源使用，具有非常广泛的应用市场，具有一定的社会效益和经济效益。
本研究开发的熔融碳酸盐制备技术具有完全自主的知识产权，是完全独立的技术体系。下面从单电池性能、电堆性能、电堆生产成本等方面与国内外同类研究进行比较，最后对熔融碳酸盐燃料电池的市场竞争力进行简要阐述分析。
（1）单电池性能
熔融碳酸盐燃料电池的单电池面积一般大小不等，本研究考虑到与工程放大相结合，一般进行的单电池实验有效面积都较大，进行了1000cm2和2000cm2的单电池实验，同类研究机构一般进行100cm2，225cm2等较小面积的单电池实验，小面积的单电池实验更容易获得较优的实验结果，即使如此，我们进行的1000cm2和2000cm2单电池实验也分别得到了常压操作时，工作电压下，150mA/cm2和120mA/cm2的输出电流密度，达到了国际同类产品相当的水平。
不同组装压力下电池堆性能测试
（2）电堆性能
本研究组装并运转了10kW熔融碳酸盐燃料电池堆，是目前国内输出功率最大的熔融碳酸盐燃料电池堆。电池堆由100节、每节电池电极有效面积为2000cm2串联组成，池堆在在0.1MPa、燃料利用率为70%的条件下稳定运行，最大开路电压达到 101V，在70V放电电压下，输出180A电流，电流密度达到90mA/cm2，稳定输出功率为12.6kW，单次电堆发电效率为47%，与国外同级别电堆性能相当。需要指出的是，目前正在做进一步深化研究，预计电堆性能还有相当大的上升空间。
10kW熔融碳酸盐燃料电池发电系统
（3）电堆生产成本
熔融碳酸盐燃料电池堆的成本包括核心部件生产成本、外围系统成本。外围系统成本主要包括供气系统、温度控制系统以及其他辅件，在外围系统成本方面，国内外相差不大。在熔融碳酸盐燃料电池核心部件生产成本方面，本项目所生产的隔膜、电极和双极板均具有非常强的竞争力。
首先，本项目所开发的以蒸馏水为溶剂制备隔膜和电极的生产技术，避免了大量有机溶剂的使用，这和国外均采用有机溶剂的生产工艺相比，不仅大大降低了熔融碳酸盐燃料电池核心部件的原料成本，而且还避免了对环境和人员的伤害。
其次，熔融碳酸盐燃料电池一般采用304或316L不锈钢作为双极板材质，双极板的成本主要在于加工制造方面。本课题经过模拟计算以及实验验证，证明自主设计的双极板具有良好的实用性，不仅可以采用低成本的线切割方式进行加工制造，而且可以实现大批量生产。这与国外采用采用冲压成型工艺相比，线切割加工方法具有不用加工价格昂贵的冲压模具，流量设计灵活多样的优点。
最后，通过对熔融碳酸盐燃料电池核心部件的生产工艺对比可以看出，本项目所掌握的核心部件生产技术具有先进性，在生产成本方面具有突出优势，进而电堆的生产成本也较低，具有较强的竞争力。
单位简介
中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司（以下简称“清能院”）国务院国资委管理的中央企业中国华能集团有限公司（以下简称“华能集团”）直属的清洁能源技术研发机构，研究方向涵盖风电、光伏、储能、氢能、综合能源服务、煤基清洁发电、温室气体减排及污染物治理等领域，于2010年4月在北京市昌平区未来科学城注册成立，2011年11月获得北京市科委颁发的高新技术企业证书，2012年1月获得中国检验认证集团颁发的三标体系认证证书以及注册咨询资质，2014年11月获得国家火炬计划重点高新技术企业证书，2014年12月获得电力行业AAA信用企业认证证书。清能院拥有一流的科研平台，是华能集团新能源技术研发中心、海上风电研发中心、高层次科技人才聚集基地，是“国家能源煤清洁低碳发电技术研发（实验）中心”、“国家能源水能高效利用与大坝安全技术研发（实验）中心”、“煤基清洁能源国家重点实验室”以及“中美清洁能源联合研究中心”的重要依托单位，是 “温室气体减排北京市重点实验室”和“北京市低质清洁高效利用技术研发中心”下设的燃料电池项目开发部长期从事高温型的熔融碳酸盐燃料电池发电技术的研究开发，助力双碳目标的早日实现。
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