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1.1固体氧化物电池简介
随着能源危机和环境污染的加剧，全世界对燃料电池的研发形成了一个热潮。固体氧化物电池（SOC）是一种在中高温（500-600℃）下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，其工作原理如图1所示。固体氧化物电池单体主要由阴极、电解质、阳极构成。在S℃的阳极一侧持续通入燃料气，在阴极一侧持续通入氧气或空气，氧气在多孔结构的阴极的催化作用下，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用下，O2-进入固体氧离子导体电解质，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路产生电流回到阴极。S℃被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池（PEMFC）一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。相比于低温的PEMFC只能依赖于纯氢气燃料，S℃高温操作可以采用多种灵活的碳氢燃料（甲烷、重整汽油、柴油等），当采用热电联供模式时，电池的总效率高达80%。我国在《中国制造2025--能源装备实施方案》中，明确提出了制备百千万至兆瓦级固体氧化物电池发电分布式能源系统的目标。
固体氧化物电池可以从单个的小电池，组装成百瓦级千瓦级的电堆，而电堆再组合换热器、燃烧器、重整器等辅助单元组成S℃的发电系统，如图2所示。不但可以作为移动式电源，如军用单兵电源、电动汽车增程器等，也可以作为分布式电站，为建筑物提供热电联供。
传统结构的SOC采用全陶瓷结构，材料的高成本及较差的机械性能限制了SOC的发展。尤其是较高的工作温度（~800℃），对电池的启动时间、长期稳定性性能提出了重大的挑战。如果能把操作温度降低到中低温范围（≤600℃），则可以解决有高温引起的材料老化的问题。当操作温度降至中低温(450~600℃)时，价格低廉的不锈钢材料就可以用于支撑体和电池堆的连接体，减低电池和系统的2成本；而且在较低的操作温度下电池堆的密封比较容易实现，从而降低电池材料和电堆的复杂程度，这就使SOC的快速启动和热循环成为可能。图5是SOC近20年发展的方向，从最初电解质支撑结构的工作于900℃的电池，到工作温度为（600℃-800℃）的阳极支撑结构的电池，再到目前正在研究的工作温度600℃以下的电池。低温金属支撑的SOC被认为是SOC发展和产业化最有前景的一种电池结构。图6是美国固体转换联盟定义的SOC成本发展路线图，随着技术的发展和成熟，SOC的成本已经相较于20年前下降了10倍。
1.2 SOC的便携式单兵电源系统
采用我们独特掌握的薄膜沉积技术，可以制备厚度为3-10微米的致密电解质。电解质具备优异的性能，适合在600℃工作温度下工作。制备的电解质的电导率在600℃为0.1Scm-1。结合流延技术和丝网印刷技术制备阳极和阴极，可以制备高性能、高成品率、低成本的电池。经过过程优化，我们具备制备10cm×10cm单电池，组装1kW级电堆，并制造SOC系统的能力。
基于SOC的便携式单兵电源系统主要包括100W SOC电堆、重整器、脱硫器、控制面板、空气/燃料泵等其它辅助组件。这些组件通过我们的研制公关，基本可以实现国产化。该系统可以实现快速启动，与传统SOC系统启动最快要60分钟相比，通过我们掌握的独特的内加热式连接体材料设计，可以实现10分钟内快速启动。我们开发的系统可以采用甲烷、丙烷、甲醇、乙醇甚至汽油和柴油为燃料，具有广泛的燃料适应性。极大的适应部分应用场景，如作为单兵便携式电源。
1.3本项目提出的100W的基于SOC的便携式单兵电源系统具有如下的特点和优势：
（1）工作时间长
目前锂离子电池充电设备，如同等重量、体积的充电宝，最多工作24小时，电量耗尽后在某些特殊应用场景下，如战场环境下无法找到合适的充电设备进行充电。另外，锂离子面临安全性问题，子弹穿刺实验往往造成锂离子电池爆炸。该项目提出的便携式电源具备工作时间长的突出优点，在与锂离子电池同等重量的情况下，该电源系统可以工作200小时。由于该电池系统的主体结构采用的是不锈钢支撑的陶瓷电池结构，具有固有安全性，即便是在子弹击穿的极端条件下，也不会发生爆炸，保障了士兵的安全。
（2）重量轻
本项目提出的100W的基于SOC的便携式单兵电源系统总重小于10kg，而同等功率的汽油发电机，大概重量需要20kg。因此，我们的电源系统具有重量优势，非常适合作为便携式电源使用。另外，由于燃料电池的效率比汽油发电机要高得多，因此可以大量节约燃料。
（3）燃料广泛灵活
本项目提出的100W的基于SOC的便携式单兵电源系统可以采用甲烷、丙烷、甲醇、乙醇甚至汽油和柴油为燃料，具有广泛的燃料适应性，燃料价格低廉易得。质子交换膜燃料电池虽然功率密度较高，但必须采用高纯的氢气作为燃料，采用高压氢源在战场环境下无法解决安全性问题。
（4）成本低
通过电池工艺和电堆系统优化，该项目可以有效的降低成本，与锂离子电池电源相比，在不提高电池成本的基础上，满足特殊的应用场景需求。我们独特制备的SOC将有潜力同英国CeresPower公司竞争低温SOC市场。目前中国的SOC主要集中在高温燃料电池领域，工作温度为800℃左右。在中国，目前尚没有公司可以生产低温SOC电池，而全世界，也只有英国CeresPower公司掌握了相关技术。因此，我们的产品的研制成功并实现产业化生产，将打破英国公司对该技术的垄断，突破“卡脖子”的关键技术。
案例描述
深挖市场空间
考虑到军工市场产品受体制机制影响较大，公司将制定相关措施来深挖市场潜力，进一步提升公司产品的市场竞争力。
（1）深入军品市场，联系各个军品总体单位，探索军品市场开发的方案，分析和拓展市场潜能，做到全方面覆盖，面面俱到；
（2）联合各个相关联的机构和院所，采用多层次的外包、多领域联合和多层次战略联盟等方式进行强强合作，强化领域内的合作和共赢模式；
（3）立足共赢和战略合作的布局方式，强调长时间联合的必要性和稳定性。
