像 Bloom 能源盒這樣的固體氧化物燃料電池能否重塑能源格局?

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燃料電池歷史悠久。各種型別的燃料電池一直是 NASA 太空計劃的一部分,並且燃料電池如何工作的基本科學原理——能量載體進入,在陽極中產生電荷流動,電荷遷移到陰極產生電流,並被某種形式的電解質隔開——已經為人所知一個多世紀了。然而,Bloom Energy 認為,現在終於到了更有前景的燃料電池技術之一——固體氧化物燃料電池(之所以這樣稱呼是因為電解質是固體而不是更常見的液體)——大規模發電的時候了。

這家公司在 2 月 18 日播出的《60 分鐘》節目中亮相,已經開發出一種版本的固體氧化物燃料電池,它依靠天然氣發電 100 千瓦,總共耗資 80 萬美元。即使在這個價格下,該公司也已向 eBay、谷歌和沃爾瑪等客戶出售了 30 臺,主要是為了讓這些公司即使在傳統電網供電中斷的情況下也能確保可靠的電力供應。這種昂貴的技術將取代醫院等機構常用的更典型的柴油發電機,柴油發電機的成本可能低至 25,000 美元,還不包括與石油衍生燃料相關的成本。


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事實上,如果沒有各種政府補貼,特別是聯邦稅收抵免以及加利福尼亞州的激勵措施,Bloom 能源盒在經濟上毫無意義。根據 Bloom 執行長 K. R. Sridhar 的說法,這意味著他的能源盒發出的電每千瓦時成本低至 9 美分,或者比 加利福尼亞州的平均電價 低 3 美分。

但多年來,固體氧化物燃料電池的發展歷程可謂是時冷時熱,字面意義上也是如此。這是因為該技術依賴於高達 1000 攝氏度的執行溫度,而且,也許正是由於這些高溫,它仍然極易發生故障,特別是所有使燃料電池執行所需的額外部件:風扇、加熱器和處理天然氣燃料的裝置。此外,構成陽極、陰極和電解質的材料中的微觀缺陷可能會使整個裝置停止執行,並且電池必須預熱到工作溫度才能發電,這使其啟動速度較慢。

Bloom 聲稱已經克服了其“能源伺服器”的這些問題,但他們遠非唯一致力於此的公司,最近的 ARPA-E 峰會的研究就證明了這一點。威廉瑪麗學院的物理學家 Gunter Luepke 和正在接受物理學家培訓的 Erik Spahr 正在開發一種使用紅外光來實現更快啟動和更長壽命的燃料電池,這種燃料電池甚至可能適用於汽車。馬里蘭大學的材料科學家 Eric Wachsman 已成功將工作溫度降至 400 攝氏度。

當然,由於這種固體氧化物燃料電池依賴於天然氣,它們並非完全是未來的零排放電源——每千瓦時產生的二氧化碳比內燃機少約三分之一。但是,植物可以氣化形成燃料,從而使該過程至少實現碳中和。 像這樣的固體氧化物燃料電池能否不負眾望是另一個問題。 畢竟,就在幾年前,人們還認為 Plug Power 或 Ballard Power Systems 以及 質子交換膜燃料電池 將成為家用電力和汽車推進力的主力。

圖片:Bloom 能源伺服器正在安裝中。圖片由 Bloom Energy 提供

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