坡岭流金：萱草图景

【对话科学家】

从1998年扎进“冷门”的固体氧化物燃料电池（SOFC）领域，到(dào)(dào)2025年带领中国实现商业化量产(liàngchǎn)20万片电池的突破，她用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”的漫漫长路。

如今(rújīn)，中国SOFC技术(jìshù)已(yǐ)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(zǒujìn)清华大学教授、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年对于(duìyú)燃料电池行业来说，是非常重要的一年。

这一年，美国(měiguó)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(zhe)SOFC具备了投入生产生活的条件，也让SOFC替代化石燃料进行发电成为了可能。

也是(shì)在这一年，在中国矿业大学（北京）工作的(de)韩敏芳第一次走出国门(guómén)，前往美国(měiguó)参加学术活动。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，传统的发电方式需要燃烧，SOFC则不需要，将几个氧化物材料放在一起，通过(tōngguò)电化学反应，就能发电。损耗小、安全性高的特性会让它(tā)在未来成为颠覆电池产业的决定性技术(jìshù)。

这次交流让韩敏芳对燃料电池有(yǒu)了全新的认识。回国后，她(tā)决定进行SOFC的探索与研究。

这是一个充满前景的(de)领域，也是一个无人探索的领域。

“当时(dāngshí)SOFC在中国(zhōngguó)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(zīxún)材料系的老师，得到的反馈是(shì)燃料电池是个(gè)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(máitóu)在实验室(shíyànshì)钻研，烧制电池，布局未来。

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(bùduàn)取得突破，但相关科研成果的评奖结果却差强人意(chāqiángrényì)。

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

真正(zhēnzhèng)让她(tā)下定决心的是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，部分居民区每家都有一个发电装置。

“人家已经进入了民用，我们连一个商业样品都没有(méiyǒu)，对话(duìhuà)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，在苏州建立了中试基地，正式拉开(lākāi)我国SOFC的量产之路(lù)。

把“悬崖路(lù)”走成“领跑线”

韩敏芳用“悬崖后面还是悬崖”来(lái)形容自己选择的道路。“我的难在于没有(méiyǒu)任何可以参照的道路。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。我们根本看不见(kànbújiàn)终点，只能埋头苦干，一步步把(bǎ)路铺出去。”

首先需要突破的是电池尺寸，现有(xiànyǒu)的电池大小用于实验室(shíyànshì)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(shì)简单的等比例放大，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(chuándǎo)氧离子，作为基本发电单元的电池堆则是由数个结构类似三明治一样的薄片(piàn)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(liǎngcéng)是多孔的氧化物材料，中间一层是致密的电解质材料。

人的发丝直径约为50至100微米，而SOFC中氧化锆基陶瓷电解质的厚度仅有(yǒu)10微米。将三层不同材质(cáizhì)、不同结构的材料(cáiliào)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，发明了氧化物陶瓷的三步烧结方法，成功(chénggōng)烧制(shāozhì)出了厚度小于0.5毫米、边长大于110毫米的电池样品，并于2016年建成(jiànchéng)中试线，正式进入生产线试验阶段。

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，在中试线生产的初期，烧制的电池经常有裂纹(lièwén)产生。“就像烧瓷砖，得烧一个成一个，不然(bùrán)成本下不来，就前功尽弃了。”

又是三年的试验论证，韩敏芳带领(dàilǐng)团队不断增加工位的信息控制，细化工艺流程。烧制装备(zhuāngbèi)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(shēngchǎnxiàn)的标准。

2019年，国内首条自主知识产权、年产百万(bǎiwàn)片固体(gùtǐ)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评价说：“这是(zhèshì)中国氢能产业领域自主创新的重大突破。”

年产百万片SOFC单(dān)电池批量化生产线。

有了先进(xiānjìn)的(de)技术，有了稳定的产出，还是难。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(ānzhuāng)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，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(diànchí)(ránliàodiànchí)标准化技术委员会，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(xiàng)标准，打破了行业内不同工种(gōngzhǒng)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(ránliàodiànchí)和电解池论坛”在瑞士召开，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，韩敏芳第二个发言。按照以往的惯例，中国(zhōngguó)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(ruìshì)参加“第十六届欧洲固体氧化物燃料电池和电解池论坛(lùntán)”并做大会特邀报告。

韩敏芳从科研成果讲(jiǎng)到(dào)标准制定，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。现场参会的代表，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(huíyìqǐ)当时的场景，韩敏芳笑(xiào)着说：“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(xiàng)产业化发展的桥梁

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(lǐngyù)具有重要(zhòngyào)意义的新闻发布会。会上(huìshàng)，国内首套高温电解水制氢撬装置正式发布，这标志(biāozhì)着我国在突破氢能关键装备技术、构建氢能产业生态迈出了坚实一步，而这套装置，全程由韩敏芳团队主导研发。

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

韩敏芳(hánmǐnfāng)教授团队在SOFC实验室。

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

然而，与科研领域的繁荣(fánróng)形成(xíngchéng)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。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(chǎnyè)的“最后(zuìhòu)一公里”，是韩敏芳思考多年的问题。

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

固体氧化物燃料(ránliào)电池（SOFC）与传统燃煤发电相比，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、天然气等多种清洁能源）等显著优势。但为何(wèihé)目前我国(wǒguó)SOFC应用范围并不广呢？

“这几年，节能减碳，发展新质生产力的(de)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(luòdì)，但实际应用时，一定需要有企业提供(tígōng)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。”

回顾电力能源的变革历程，这是发展的必经阶段。“我们现在(xiànzài)用于发电的太阳能，最开始十几块钱一度电，让人望而却步。在实地试用过程中(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(le)一块钱联盟。如今，甚至有企业在竞标中报出了一毛五(yīmáowǔ)的价格。从十几块到一毛五，降幅超过百倍(bǎibèi)。所以，SOFC一定要扩大适用范围，使用量增加后，成本会迅速(xùnsù)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(gāiqī)论坛聚焦“氢能与(yǔ)现代工业”。“通过学界专家与企业领导层对话，让企业了解(liǎojiě)新的产业和(hé)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‘十二五’到‘十三五’期间(qījiān)，中国的SOFC只有两三个项目获得了(le)立项。到了‘十四五(shísìwǔ)’，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。”韩敏芳感慨，“现在有越来越多的人(rén)投入到了这个领域，我蹚过了从理论到实践、从量产到产业规范化的道路，我愿意把它(tā)分享出来，助力更多的学者和(hé)企业为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，每年学会举行学术年会，她都会去现场作报告。在韩敏芳看来，引导(yǐndǎo)更(gèng)多的青年来参与SOFC的建设，是产业发展的头等大事。“只有(zhǐyǒu)年轻人知道(zhīdào)了、了解了、感兴趣了，我们的产业才会有代代传承的希望。”

对话科学家

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

韩敏芳：在成熟领域做局部的创新、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，就必须找到合适的场景，让SOFC嵌入(qiànrù)成熟的产业链。

目前，嵌入的比较好的是在石油化工企业。这类(lèi)企业的生产园区中有大量的副产氢，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(gōngdiàn)，实现能量内循环。2023至(zhì)2024年(nián)，中国石油、中国石化、中海(zhōnghǎi)石油三家(sānjiā)龙头企业先后稳定运行千瓦级固体氧化物燃料电池热电联供系统，大幅提高了能源利用率。

冶金(yějīn)行业也同样有适配的嵌入场景。为响应减碳目标，多家钢铁公司正大力布局用减排潜力巨大(jùdà)的氢冶金代替(dàitì)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，有非常急切的减碳需求。随后(suíhòu)四年，我多次前往榆林，通过学术演讲和决策层沟通等(děng)方式，大力推广固体氧化物电解制氢技术。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，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(fālì)，行业必将(jiāng)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(sūxǐng)，中国将很快引领世界(shìjiè)。

责　　编：周盛楠 陈尽美

审　　核：张敬一

值班编委：谭华霖

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