【日中环保生态网】比燃料电池车领先一步，家用燃料电池系统于2009年投入了实用。2011年10月，有望实现小型、低成本化的“新一代电池” 固体氧化物型燃料电池（SOFC）即将问世。通过与开始上市的燃料电池车（FCV）技术共享，固体高分子型燃料电池（PEFC）将迎接挑战。 
        “从2011年10月开始销售0.7千瓦级家用SOFC”——吉坤日矿日石能源公司在2011年2月底发布的消息引爆了燃料电池行业。“真的要在2011年内推出吗？”众多相关人士难掩惊讶之情。
        截至目前，市面上销售的家用燃料电池“ENE-FARM”只有PEFC。因为SOFC比PEFC效率高，能够通过简单的燃料改质发电，可以大幅减少部件数量，开发动态一直比较活跃。但是，因为耐久性存在课题，过去的普遍看法认为，上市要等到2012年以后。
        吉坤日矿日石能源将颠覆上述预测，在2011年内推出家用SOFC。该公司常务执行董事新能源系统事业本部长荒木康次自信地表示：“受东日本大地震影响，开发虽然略有推迟，但有望按照原定计划，赶在10月完成。”
        先行发展的PEFC型ENE-FARM于2009年投产，创下了首年售出约5000台、第二年（2010年）售出约7000台的成绩。因为使用补贴之后售价仍高达150万日元以上，所以还不是普通消费者触手可及的商品。
        但随着SOFC的问世，情况估计会发生剧变（图1）。因为当PEFC碰上SOFC这个竞争对手后，各自经营这两种电池的厂商的研究开发将趋于活跃，有望进一步降低成本、提高耐久性。 
 
图1：面向2030年的全面普及展开激战
2009年，PEFC型家用燃料电池进入市场，2011年10月，效率更高的SOFC型产品即将问世。今后，这两项技术将展开开发竞争，争取到2030年，以每台40万日元以下的成本，使耐久性达到9万小时以上。
 
东日本大地震成为转机
        而且，以2011年3月11日发生的东日本大地震为契机，人们对于家用燃料电池的认识开始发生巨大转变。受核电站事故影响，出于对严重电力短缺的担忧，家用燃料电池在日本全国各地销售火爆。在接受8133台的申请后，2011年度准备的84亿日元补贴已于7月7日见底（图2）。但销售依然势不可挡。大阪燃气公司表示：“就算是补贴停止发放之后，仍然有人购买。”没有补贴时高达约276万日元的设备如今十分畅销。
图2：2015年达到50万日元
1台家用燃料电池的成本现在为200万日元左右，目标是首先利用量产效果，把成本降低到100万日元以下（a）。然后通过降低成本，使供货量到2030年达到250万台（b）。（图：《日经电子》根据吉坤日矿日石能源的资料制作）
但其中也存在着问题。多数购买者设置ENE-FARM是为了应对计划停电，但遗憾的是，目前销售的机型都不能在停电时独立运转（注1）。
        （注1）按照电力公司目前的规章，燃料电池必须具备“防止独立运转功能”，不能在停电时独立运转，才可以在家庭中安装。这项措施是为了稳定电力系统，由电力公司主张制定。
        对于这项缺点，地震后不久，行政部门就发出了“尽快开发具备独立运转功能的机型”的号召。开发如今正在快速进行，相应机型最快将在2011年内问世。
        提供独立运转等附加功能虽然可以增加家用燃料电池的吸引力，但要想实现全面普及，主机的价格还过于昂贵。如果希望在2015年前后全面普及，就要实现50万日元左右的生产成本。
        降低成本除了量产效果，还需要减少部件数量、简化生产工艺、进一步提高发电效率等措施。SOFC之所以备受关注，正是因为具备这些要素。
高效率低成本的SOFC
        燃料电池大致有4种方式（表1）。其中，家用燃料电池系统使用的是PEFC和SOFC。PEFC的电解质使用薄膜状高分子膜，利用质子（H＋）的移动发电。而SOFC则使用氧化锆陶瓷，利用氧离子（O2－）的移动发电。根据这一差异，组合使用的燃料极和空气极的材料、配备的周边部件也有相应改变。
在各种方式中，SOFC的发电效率（LHV*）最高，达到40～65％以上。作为家用燃料电池系统的SOFC发电效率目前已经提高到了45％左右（图3）。开发SOFC的大阪燃气公司生活事业部家用热电联产系统开发部SOFC开发组经理栢原义孝表示：“2009年度验证机的效率约为43％，到2010年度提高到了约45％。”
图3：逐步提高发电效率
大阪燃气与京瓷、丰田、爱信精机4家公司正在合作开发SOFC。经确认，2010年度的验证机的发电效率能够比2009年度产品提高若干个百分点。该验证实验属于NEDO在2010年度开展的“固体氧化物形燃料电池验证研究”。（图：《日经电子》根据大阪燃气的资料制作）
*LHV＝lower heating value（低位发热量）的缩写。燃料气体完全燃烧时的发热量减去水蒸气凝结潜热后的数值。
  而且，SOFC为高温工作，因此具有无需铂（Pt）等昂贵的催化剂、可以简化改质器等特点。作为家用燃料电池时，可以对液化石油气（LPG）和管道煤气进行改质，制备氢气作为燃料（图4）。PEFC在改质阶段需要高纯度的氢气。因为一旦混入一氧化碳（CO），就会导致PEFC燃料极一侧的铂催化剂发生劣化。与之相比，SOFC能够以一氧化碳（CO）为燃料发电，因此无需利用改质器去除一氧化碳，有助于简化改质器。
 
 
图4：开发的中心是“心脏”——燃料电池组
家用燃料电池由燃料电池单元和蓄热水单元组成。开展研究的企业为数众多，大幅左右耐久性和发电效率的燃料电池组相关研究开发十分活跃。
 
实际上，吉坤日矿日石能源即将于10月上市的SOFC型ENE-FARM的额定发电效率为45％，比该公司的PEFC规格产品高8个百分点。燃料电池单元比PEFC产品缩小了46％。吉坤日矿日石能源表示，这是因为SOFC产品与PEFC产品相比，改质器等部件的数量“可以减少到1/3左右”。
        不只是燃料电池单元，SOFC产品的储水单元也比PEFC产品缩小了36％。SOFC因为工作温度高，所以可以保温在75℃，而PEFC产品的保温温度是65℃。
        如上所述，高效率且易于实现小型化的SOFC除了在PEFC产品的市场上与其展开竞争，面向安装面积存在限制的集合住宅等新市场，相关开发也在进行之中。另一方面，走在前面的PEFC则着眼于热需求较大的德国和法国等国家，寻觅进军欧洲的时机（注2）。
（注2）因为欧洲的燃气质量低于日本，所以需要准备能够充分去除杂质的燃料改质器。