在燃料电池技术版图中,聚合物燃料电池与固体氧化物燃料电池(SOFC)存在显著差异,核心在于运行温度。前者通常在80至100摄氏度下工作,而SOFC则需在高达900摄氏度的极端环境下运行,以便在高温下从燃料中提取富氢气体。这种严苛工况对材料提出了极高要求,德国蒂森克虏伯VDM公司为此提供了名为Crofer 22 APU的铁素体铬钢,专门用于辅助动力单元(Auxiliary Power Unit)。
该材料的合金成分优化是在“ZEUS II”研究计划中,由蒂森克虏伯VDM与德国于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)共同完成的。该项目得到了德国联邦教育与研究部的资助,宝马(BMW)、利勃海尔(Liebherr)和埃尔林克林格(ElringKlinger)等知名企业也参与其中。在SOFC电池堆中,这种材料被用于制造“互连片”(Interkonnektoren),将单个电池单元连接成高效能的电池堆。
作为关键组件,互连片材料必须同时满足多项严苛指标:在电池内部具备导电性、耐腐蚀、机械稳定且耐受力强,还需易于加工且不能对电池产生负面影响。蒂森克虏伯VDM销售总监Frank Scheide表示,Crofer 22 APU的特性独一无二,甚至已成为该类材料的代名词。此外,其成本优势对于大规模应用至关重要,有助于降低整个系统的制造成本。
于利希研究中心的Dr. Robert Steinberger-Wilckens指出,Crofer 22 APU不仅易于加工,还具备高导电性和优异的耐腐蚀性,更重要的是其热膨胀系数与电池中使用的陶瓷材料高度匹配。这种匹配避免了因热胀冷缩差异导致的机械应力,从而防止陶瓷部件受损。随着技术成熟,市场对这类互连片材料的需求已从最初的百公斤级跃升至吨级,过去两年需求翻了数倍。
除了互连片,蒂森克虏伯生产的高温镍合金还广泛应用于SOFC的其他组件,如热交换器、重整器和双极板。作为辅助动力单元,SOFC技术正从固定式建筑供电、小型热电联产系统,向汽车、船舶乃至潜艇等移动领域拓展。宝马目前正在测试将SOFC作为车辆独立于发动机的车载电源。这种小型分布式能源系统凭借高能效、零有害排放及同时提供热能电能的特性,正成为德国乃至全球能源转型的重要方向。
对于中国新能源行业而言,德国在关键基础材料领域的产学研深度协同模式值得借鉴,特别是在高温燃料电池这一“卡脖子”环节,材料性能的稳定性直接决定了系统的商业化寿命与成本竞争力。
