坡岭流金：萱草图景

【对话(duìhuà)科学家(kēxuéjiā)】

从1998年扎进“冷门”的固体(gùtǐ)氧化物燃料电池（SOFC）领域(lǐngyù)，到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(le)中国SOFC领域从0到1的转变，跨越了从“实验室”到“产业化”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(jiàoshòu)、燃料电池与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，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(nián)对于燃料电池行业来说，是非常重要的一年。

这一年，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，这标志(biāozhì)着SOFC具备(jùbèi)了投入(tóurù)生产生活的条件，也让SOFC替代化石燃料进行发电成为了可能。

也是在(zài)这一年，在中国矿业大学（北京）工作的韩敏芳第一次走出国门，前往美国参加(cānjiā)学术活动。她和自己在清华大学读书时的两位同学进行了深入的交流，他们(tāmen)在美国佐治亚理工大学(lǐgōngdàxué)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(kànfǎ)，传统的发电方式(fāngshì)需要燃烧，SOFC则不需要，将几个氧化物材料放在一起，通过电化学反应，就能发电。损耗小、安全性高的特性会让它在未来(wèilái)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(quánxīn)的(de)认识。回国后，她决定进行SOFC的探索与研究。

这是一个充满前景的领域(lǐngyù)，也是一个无人探索的领域。

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

她来到清华大学咨询(zīxún)材料系的老师，得到的反馈是(shì)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(dào)2009年，韩敏芳埋头在实验室钻研，烧制电池，布局未来(wèilái)。

在(zài)这十一年中，她带领团队在实验室烧制电池，从纽扣大小到边长为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(què)差强人意。

说没有压力是假的，周围的人都劝她改方向，韩敏芳坦言(tǎnyán)：“真的每天都在犹豫不决，睡前(shuìqián)想的是不折腾了，安安稳稳做别的研究，睡醒了又(yòu)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(shì)2010年的一次国际会议。日本在会上宣布SOFC已经实现安装到户，部分居民区每家都(dōu)有一个发电装置。

“人家已经进入了民用，我们连(lián)一个商业样品(yàngpǐn)都没有，对话完全不在一个量级，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(gōngsī)，在苏州建立了中试基地，正式拉开(lākāi)我国SOFC的量产之路。

把“悬崖路”走成(zǒuchéng)“领跑线”

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

首先(shǒuxiān)需要突破的是电池尺寸，现有(xiànyǒu)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(búshì)简单的等比例(bǐlì)放大，成品需要又薄又大。SOFC工作运行的核心(héxīn)原理是通过固体氧化物电解质传导氧离子，作为基本发电单元的电池(diànchí)堆则是由数个(shùgè)结构类似三明治一样的薄片组合而成的电池片。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，中间一层是致密的电解质材料。

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

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

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

又是三年的(de)试验论证，韩敏芳带领团队不断增加工位的信息控制，细化工艺流程(gōngyìliúchéng)。烧制装备也从间歇炉调整到温度更(gèng)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(niánchǎn)百万片固体氧化物燃料电池材料的(de)自动化(zìdònghuà)生产线在(zài)徐州建成，国际燃料电池权威媒体Fuel Cell Works评价说：“这是中国氢能产业领域自主创新的重大突破。”

年产(niánchǎn)百万片SOFC单电池批量化生产线。

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

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

2018年，韩敏芳联合行业内(nèi)顶尖专家成立了能源行业高温燃料电池标准化技术委员会，制定了包括(bāokuò)术语、单电池测试方法、通用安全技术导则(dǎozé)、安装设计与工程安全技术规范等12项(xiàng)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(zài)到检测的全链条对话。

2024年7月，“第十六届欧洲固体(gùtǐ)氧化物燃料电池和电解池论坛”在瑞士(ruìshì)召开，各国专家齐聚于此，共同探讨行业发展。首位发言的是举办方欧盟的代表，韩敏芳(hánmǐnfāng)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(zhīhòu)，第四个发言。

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

韩敏芳从(cóng)科研成果讲到标准(biāozhǔn)制定，从产能产量讲到企业落地，详细介绍了中国SOFC的产业现状和发展前景。现场参会(cānhuì)的代表，完全没想到中国能在这么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(zhe)说：“这么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。”

架起理论向产业化发展的(de)桥梁

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

韩敏芳表示，自国家提出“双碳”目标以来，固体氧化物燃料电池、电解池技术迎来了发展(fāzhǎn)的(de)黄金期。2024年以来，国家发改委、工信部、科技部等部门(bùmén)相继(xiāngjì)出台多项政策，大力支持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(de)落地，SOFC在科研领域慢慢从冷门变成了热门(rèmén)，欧盟曾对过去十年SOFC领域的论文和专利做过统计，其中(qízhōng)中国的数量排名第一。

然而(ránér)，与科研(kēyán)领域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(yìngyòng)长达十五年，美国SOFC技术已成功应用于火星探测器。而我国目前还处于企业应用的初级阶段。

如何打通从理论到产业的“最后一公里(gōnglǐ)”，是韩敏芳思考(sīkǎo)多年的问题。

我国是一个产煤和燃煤大国(dàguó)，煤炭年消费量约占世界(shìjiè)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(fādiàn)相比，具有发电效率高（可达60%以上）、污染物零排放、燃料适应性广（可用(kěyòng)氢气(qīngqì)、天然气等多种清洁能源）等显著优势。但为何目前(mùqián)我国SOFC应用范围并不广呢？

“这几年，节能减碳，发展新质生产力的理念正深入人心，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，一定需要有企业提供应用的场景，这是最难(zuìnán)的。”韩敏芳分析，“主要是从(shìcóng)成本方面考虑，和太阳能相比，SOFC成本过高(guògāo)。”

回顾电力能源的变革历程，这是发展的必经阶段。“我们现在用于发电的太阳能，最(zuì)开始十几块钱一度电，让人望而却步。在实地试用过程(guòchéng)中(zhōng)，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(liánméng)。如今，甚至有企业在竞标中报出了一毛五的价格。从(cóng)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，使用量增加后，成本会迅速下降(xiàjiàng)。”

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

“从(cóng)‘十二五(wǔ)’到‘十三五’期间，中国的SOFC只有两三个项目获得了立项。到了‘十四五’，每年获得立项的就不止两三个。这对每一个青年科技者来说都是一个机会。”韩敏芳(hánmǐnfāng)感慨，“现在有越来越多的人投入到了这个领域，我蹚过了从理论到实践(shíjiàn)、从量产到产业(chǎnyè)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SOFC未来的发展(fāzhǎn)贡献力量。”

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

对话科学家

问：请您(nín)介绍目前SOFC在哪些领域有比较成功的应用案例？

韩敏芳：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(yě)难以推广。若想要取得突破，就必须找到合适(héshì)的场景，让SOFC嵌入成熟的产业链。

目前，嵌入的比较好的是在石油(shíyóu)化工企业。这类企业的生产园区(yuánqū)中有大量的副产氢，以往它们多被(bèi)用于氢燃料电池生产，其实企业更希望(xīwàng)用其进行供电，实现能量内循环。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(wěndìng)运行千瓦级固体氧化物燃料电池热(rè)电联供系统，大幅提高了能源(néngyuán)利用率。

冶金行业(hángyè)也同样(tóngyàng)有适配的嵌入场景。为响应减碳目标，多家钢铁公司(gāngtiěgōngsī)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(fēicháng)急切的减碳需求。随后四年，我多次前往榆林，通过学术演讲和决策层沟通(gōutōng)等方式，大力推广固体氧化物电解(diànjiě)制氢技术。2024年，该技术在陕西氢能产业发展有限公司完成落地，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(wǔnián)，我们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(fēnfēn)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(zhēnzhèng)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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