坡岭流金：萱草图景

【对话科学家】

从1998年扎进(zhājìn)“冷门”的固体氧化物燃料电池（SOFC）领域，到(dào)2025年带领中国实现(shíxiàn)商业化量产20万片电池的突破，她(tā)用27年时间，实现了中国SOFC领域从0到1的转变，跨越了从“实验室(shíyànshì)”到“产业化(chǎnyèhuà)”的漫漫长路。

如今，中国SOFC技术已跻身世界前列，而她探索的脚步从未停歇。

本期《对话科学家》，让我们走进清华大学教授、燃料电池与(yǔ)储能研究中心主任韩敏芳的科研故事，看她如何用“冷板凳”精神(jīngshén)，点燃中国SOFC的产业化之火。

中国科协(zhōngguókēxié)之声(zhīshēng)

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1998年对于燃料电池行业来说(láishuō)，是非常重要的一年。

这(zhè)一年，美国西屋电气公司开发了一套可以在大气压下运行100kW的SOFC热电联供系统(xìtǒng)，这标志着SOFC具备了投入生产生活的条件，也让SOFC替代(tìdài)化石燃料进行发电成为了可能。

也是在这(zhè)一年，在中国矿业大学（北京）工作的(de)韩敏芳第一次走出国门，前往美国参加学术活动(xuéshùhuódòng)。她和自己在清华大学(qīnghuádàxué)读书时的两位同学进行了深入的交流，他们在美国佐治亚理工大学读博研究的是SOFC的核心材料氧化锆。

在交流中，他们和韩敏芳分享了国外学界(xuéjiè)对SOFC的看法，传统的发电(diàn)方式需要燃烧，SOFC则不需要，将几个氧化物材料(cáiliào)放在一起，通过电化学反应，就能发电。损耗小、安全性(ānquánxìng)高的特性会让它在未来成为颠覆电池产业的决定性技术。

这次交流让韩敏芳对燃料电池有了全新的(de)认识。回国后，她决定进行SOFC的探索与(yǔ)研究。

这是一个(yígè)充满前景的领域，也是一个无人探索的领域。

“当时(dāngshí)SOFC在(zài)中国真的是‘冷’得很，一个国家项目都没有，学界也不看好它的前景。”韩敏芳回忆。

她来到清华大学咨询材料(cáiliào)系的老(lǎo)师，得到的反馈是燃料电池(diànchí)是个老概念，现有电池的论文研究已经非常全面了，只有做出电池来，才会有新的研究方向。

从1998年到2009年，韩敏芳埋头在(zài)实验室钻研，烧制电池，布局(bùjú)未来。

在这十一年中，她带领团队在实验室烧制电池(diànchí)，从纽扣大小到(dào)边长为5厘米的电池样品不断取得突破，但相关科研成果(kēyánchéngguǒ)的评奖结果却差强人意。

说没有压力是假的，周围的人都劝她改方向(fāngxiàng)，韩敏芳(hánmǐnfāng)坦言：“真的每天都在犹豫不决，睡前想的是不折腾(zhēténg)了，安安稳稳做别的研究，睡醒了又觉得不行，这么好的领域，中国不能空着。”

真正让她下定决心的是2010年(nián)的一次国际会议。日本(rìběn)在会上宣布SOFC已经实现安装到户，部分居民区每家都有一个发电装置。

“人家已经进入了民用，我们连一个商业(shāngyè)样品都没有，对话完全(wánquán)不在一个量级，这对我来说触动很大。”

同年，韩敏芳开始组建产业化团队，推动成立专业化公司，在苏州建立了中试基地(jīdì)，正式拉开我国SOFC的(de)量产之路。

把“悬崖路”走成“领跑(lǐngpǎo)线”

韩敏芳用“悬崖后面还是悬崖”来形容自己选择的道路。“我的难在于没有(yǒu)任何可以参照(cānzhào)的道路。从实验室到中试基地，有了更广阔的试验场地，也有了无数个难题等待解决。我们(wǒmen)根本(gēnběn)看不见终点，只能埋头苦干，一步步把路铺出去。”

首先需要(yào)突破的(de)是电池尺寸，现有的电池大小用于实验室研究是足够的，真正应用到工业，最起码边长要做到10厘米。

从5厘米到10厘米，不是简单的等比例放大，成品需要又薄又大。SOFC工作运行的核心原理是通过固体氧化物(yǎnghuàwù)电解质传导氧离子，作为基本(jīběn)发电单元的电池堆则是由数个结构类似三明治(sānmíngzhì)一样的薄片组合而成(zǔhéérchéng)的电池片。组成“三明治”的三层材料也不同，上下两层是多孔的氧化物材料，中间一层(yīcéng)是致密的电解质材料。

人的发丝(fāsī)直径约为50至100微米，而SOFC中氧化锆基陶瓷电解质的厚度仅有10微米。将三层(sāncéng)不同材质(cáizhì)、不同结构的材料尽可能薄地烧到一起，难度可想而知。

韩敏芳团队经过六年的反复论证，发明了氧化物陶瓷(táocí)的三步烧结方法，成功烧制出了厚度(hòudù)小于0.5毫米(háomǐ)、边长大于110毫米的电池样品，并于2016年建成中试线，正式进入生产线试验阶段。

接下来需要突破的是成品率，因为电解质之间热膨胀差(chà)等原因，在中试线生产的初期，烧制的电池经常有裂纹产生(chǎnshēng)。“就像烧瓷砖，得烧一个成一个，不然成本下不来(xiàbùlái)，就前功尽弃了。”

又是三年的试验论证，韩敏芳带领(dàilǐng)团队不断增加(zēngjiā)工位的信息控制，细化(xìhuà)工艺流程。烧制装备也从间歇炉调整到温度更可控的隧道窑，最终将成品率从50%提升到了96%。达到了建立生产线的标准。

2019年，国内首条自主知识产权、年产百万片固体氧化物燃料电池(ránliàodiànchí)材料的自动化生产线在徐州建成，国际燃料电池权威媒体Fuel Cell Works评价(píngjià)说：“这是中国氢能产业(chǎnyè)领域自主创新(chuàngxīn)的重大突破。”

年产百万片SOFC单电池批量(pīliàng)化生产线。

有了先进的技术，有了稳定的产出，还是(háishì)难。在SOFC这个全新的领域中(zhōng)，行业标准还是空白。

比如生产(shēngchǎn)过程中，各阶段的(de)名称是什么；衡量电池(diànchí)好坏的标准是什么；安装过程中，如何进行安全测试。种种的一切，都需要规范化管理。

2018年(nián)，韩敏芳联合行业内顶尖专家成立了(le)能源行业高温(gāowēn)燃料电池标准(biāozhǔn)化技术委员会，制定了包括术语、单电池测试方法、通用安全技术导则、安装设计与工程安全技术规范等12项标准，打破了行业内不同工种之间的壁垒，实现了从生产到安装再到检测的全链条对话。

2024年7月，“第十六届欧洲固体氧化物(yǎnghuàwù)燃料电池和电解池论坛”在瑞士召开，各国专家齐聚于(qíjùyú)此，共同探讨行业发展。首位发言(fāyán)的是举办方欧盟的代表，韩敏芳第二个发言。按照以往的惯例，中国代表应该排在美国、日本、欧盟之后，第四个(dìsìgè)发言。

韩敏芳在瑞士参加“第十六届欧洲固体(gùtǐ)氧化物燃料电池(ránliàodiànchí)和电解池论坛”并做大会特邀报告。

韩敏芳从科研成果讲到标准制定，从产能产量(chǎnliàng)讲到企业落地，详细介绍了中国SOFC的产业现状和发展前景。现场参会的代表(dàibiǎo)，完全没想到中国能在这么(zhème)短的时间做出这么多突出的成果。

回忆起当时的场景，韩敏芳笑(xiào)着说：“这么(zhème)多年的苦这么多年的难都值了，我用自己的成果为祖国争了口气。”

架起理论向(xiàng)产业化发展的桥梁

5月(yuè)20日，陕西榆林举办了一场我国固体(gùtǐ)氧化物燃料电池领域具有重要意义的新闻发布会。会上，国内首套高温电解水(diànjiěshuǐ)制氢撬装置正式发布，这标志着我国在突破氢能关键装备技术(jìshù)、构建氢能产业生态迈出了坚实一步，而这套装置，全程由韩敏芳团队主导研发。

韩敏芳表示(biǎoshì)，自国家提出“双碳”目标以来，固体氧化物燃料电池、电解池技术(jìshù)迎来了发展(fāzhǎn)的黄金期。2024年以来，国家发改委、工信部、科技部等部门相继出台多项政策，大力支持(dàlìzhīchí)固体氧化物燃料电池/电解项目的发展。

韩敏芳教授团队在(zài)SOFC实验室。

随着政策的落地(luòdì)，SOFC在科研领域(lǐngyù)慢慢(mànmàn)从冷门变成了热门，欧盟曾对过去十年SOFC领域的论文和专利做过统计，其中中国的数量排名第一。

然而，与科研领域(lǐngyù)的繁荣形成鲜明反差的是产业化建设的滞后。日本SOFC技术已在普通家庭应用长达十五年，美国(měiguó)SOFC技术已成功应用于火星探测器(tàncèqì)。而我国目前还处于企业应用的初级阶段。

如何打通从理论(lǐlùn)到产业(chǎnyè)的“最后一公里”，是韩敏芳思考多年的问题。

我国(wǒguó)是一个产煤和(hé)燃煤大国，煤炭年消费量约占世界的50%，既浪费资源又污染环境。在“双碳”目标下，我国能源(néngyuán)结构转型刻不容缓。

固体氧化物燃料电池（SOFC）与传统燃煤发电相比，具有发电效率高(xiàolǜgāo)（可达60%以上）、污染物零排放、燃料适应性广（可用氢气、天然气等多种清洁(qīngjié)能源）等显著(xiǎnzhù)优势。但为何目前我国(wǒguó)SOFC应用范围并不广呢？

“这几年，节能减碳，发展(fāzhǎn)新质生产力的理念正深入人心(shēnrùrénxīn)，各级(gèjí)政府都积极支持创新型科技产品落地，但实际应用时，一定需要有企业(qǐyè)提供应用的场景，这是最难的。”韩敏芳分析，“主要是从成本方面考虑，和太阳能相比，SOFC成本过高。”

回顾电力能源的(de)变革历程，这是发展(fāzhǎn)的必经阶段。“我们(wǒmen)现在用于发电(fādiàn)的太阳能，最开始十几块钱一度电，让人望而却步。在实地试用过程中，技术不断迭代，后来价格降至三五块钱一度电。之后，太阳能企业成立了一块钱联盟。如今，甚至有企业在竞标中报出了一毛五的价格。从十几块到一毛五，降幅超过百倍。所以，SOFC一定要扩大适用范围(shìyòngfànwéi)，使用量增加后，成本会(huì)迅速下降。”

去年，韩敏芳参加了2024年第十期中国科技会堂论坛，该期论坛聚焦“氢能与现代工业”。“通过学界专家与企业领导层对话，让(ràng)企业了解新的产业和技术，能从决策层面(céngmiàn)为SOFC创造(chuàngzào)更多应用空间，推动产业发展(fāzhǎn)。”韩敏芳说。

“从(cóng)‘十二五’到‘十三五’期间，中国的SOFC只有(yǒu)两三个项目获得了立项。到了‘十四五’，每年获得立项的就(jiù)不止两三个。这对每一个青年科技者来说都是一个机会。”韩敏芳感慨，“现在有越来越多的人投入到了这个领域，我(wǒ)蹚过了从理论(lǐlùn)到实践、从量产到产业规范化的道路，我愿意把它分享出来，助力更多的学者和企业为(wèi)SOFC未来的发展贡献力量。”

作为中国硅酸盐学会固态离子学分会副理事长，每年学会举行(jǔxíng)学术年会，她都会去现场作报告。在韩敏芳看来(lái)，引导更多的青年来参与SOFC的建设，是产业发展的头等大事。“只有年轻人知道了、了解了、感兴趣了，我们的产业才(cái)会有代代传承(chéng)的希望。”

对话(duìhuà)科学家

问：请您介绍目前SOFC在哪些领域有比较成功的(de)(de)(de)应用案例？

韩敏芳(hánmǐnfāng)：在成熟领域做(zuò)局部的创新、推广相对简单，但在公众不了解的领域，哪怕小的改变也难以推广。若想要取得突破(tūpò)，就必须找到合适的场景(chǎngjǐng)，让SOFC嵌入成熟的产业链。

目前，嵌入的比较好的是在石油化工企业(qǐyè)(qǐyè)。这类企业的生产园区中有(zhōngyǒu)大量的副(fù)产氢，以往它们多被用于氢燃料电池生产，其实企业更希望用其进行供电，实现(shíxiàn)能量内循环。2023至2024年，中国石油、中国石化、中海石油三家龙头企业先后稳定运行千瓦级固体氧化物(yǎnghuàwù)燃料电池热电联供系统，大幅提高了能源利用率。

冶金行业也同样有适配的嵌入场景。为响应减碳目标，多家(duōjiā)钢铁公司正大力布局用减排潜力巨大的氢冶金代替传统的碳冶金。

分享一个我参与(cānyù)的代表性项目。2020年左右，我得知国家四个化石能源基地之一的榆林，有非常急切的减碳需求。随后四年，我多次前往榆林，通过(tōngguò)学术演讲和决策层沟通等方式，大力推广固体氧化物电解制氢(zhìqīng)技术。2024年，该技术在陕西氢能产业发展有限公司完成(wánchéng)落地，为氢能产业发展提供了广阔前景。

问：请您展望一下SOFC十年后在中国的发展情况？

韩敏芳：不用十年，未来五年，我们(wǒmen)一定会看到这个行业在中国的大发展。现在，不仅是央企，很多民企也纷纷行动起来，各方面的市场协同发力，行业必将蓬勃发展。

大家想想中国的市场规模有多大，一旦行业市场真正苏醒，中国将很快引领世界。

责　　编：周盛楠 陈尽美

审　　核：张敬一

值班编委：谭华霖

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