韩敏芳：27年坚守，我用自己的成果为祖国争了口气

【对话科学家】

从1998年扎进“冷门”的(de)固体氧化物燃料电池（SOFC）领域，到2025年带领中国(zhōngguó)实现(shíxiàn)商业化(shāngyèhuà)量产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(zhuǎnbiàn)，跨越了从“实验室”到“产业化”的漫漫(mànmàn)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(ràng)我们走进清华大学教授、燃料电池与储能研究中心主任韩敏芳(hánmǐnfāng)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年对于燃料电池(ránliàodiànchí)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(kěyǐ)在大气压下运行100kW的SOFC热电联供系统，这标志(biāozhì)着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(kěnéng)。

也是在这一年，在中国矿业大学(zhōngguókuàngyèdàxué)（北京）工作的韩敏芳第一次走出国门，前往美国参加学术活动(xuéshùhuódòng)。她和自己在清华大学读书(dúshū)时的两位同学(tóngxué)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(hé)韩敏芳分享了国外学界对(duì)SOFC的看法，传统的发电方式需要燃烧，SOFC则不需要，将几个(jǐgè)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在未来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的认识。回国后，她决定进行SOFC的探索(tànsuǒ)与研究(yánjiū)。

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(xuéjiè)也不看好它的前景。”韩敏芳(hánmǐnfāng)回忆。

她来到清华大学咨询材料系的老师，得到的反馈是燃料电池(diànchí)是个老概念，现有电池的论文(lùnwén)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(fāngxiàng)。

从1998年到2009年，韩敏芳(hánmǐnfāng)埋头在(zài)实验室钻研，烧制电池，布局未来。

在这十一年中(zhōng)，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(de)电池样品不断取得突破，但相关科研成果的评奖结果(jiéguǒ)却差强人意。

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(zài)犹豫不决，睡前想的是不折腾了，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2010年的一次国际会议。日本在会上宣布SOFC已经实现安装(ānzhuāng)到户，部分(bùfèn)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，对(duì)话完全不在一个量级，这对我来说(láishuō)触动很大。”

同年，韩敏芳开始组建(zǔjiàn)产业化团队，推动成立专业化公司，在苏州建立了中试基地，正式拉开我国SOFC的量产之(zhī)路。

把“悬崖(xuányá)路”走成“领跑线”

韩敏芳用“悬崖后面还是悬崖”来形容(xíngróng)自己选择的(de)(de)道路。“我的难在于没有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(jiějué)。我们根本看不见终点，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，现有的电池大小用于实验室研究是足够的，真正应用到工业(gōngyè)，最起码边长要做到10厘米。

从(cóng)5厘米到10厘米，不是简单的(de)等比例放大(dà)，成品需要又薄又大。SOFC工作运行的核心原理是通过固体氧化物电解质传导氧离子，作为基本(jīběn)发电单元的电池(diànchí)堆则是由数个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(rén)的发丝直径约为50至100微米，而SOFC中氧化锆基陶瓷电解质(diànjiězhì)的厚度仅有(yǒu)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，难度可想而知。

韩敏芳团队经过(jīngguò)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年建成中试线，正式(zhèngshì)进入生产线试验阶段。

接下来(jiēxiàlái)需要突破的是成品率，因为电解质之间热膨胀差等原因，在中试线(xiàn)生产的初期，烧制的电池经常有(yǒu)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。”

又是三年的试验论证，韩敏芳带领团队不断(bùduàn)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(kěkòng)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(nián)，国内首条自主知识产权、年产百万片固体氧化物燃料电池材料的自动化生产线在徐州(xúzhōu)建成，国际燃料电池权威(quánwēi)媒体(méitǐ)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。”

年产百万片SOFC单电池批量(pīliàng)化生产线。

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

比如(bǐrú)生产过程中，各阶段的名称(míngchēng)是什么；衡量电池好坏的标准是什么；安装过程中，如何进行(jìnxíng)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)(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之间的壁垒，实现(shíxiàn)了从生产到(dào)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燃料电池和电解池论坛”在瑞士召开，各国专家齐聚于(qíjùyú)此，共同探讨行业发展。首位(shǒuwèi)发言的是举办方(jǔbànfāng)欧盟(ōuméng)的代表，韩敏芳第二个发言。按照以往的惯例，中国代表应该排在美国、日本、欧盟之后，第四个发言。

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

韩敏芳从(cóng)科研成果讲到标准制定，从产能产量(chǎnliàng)讲到企业(qǐyè)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短的时间做出这么多突出的成果。

回忆起当时的场景(chǎngjǐng)，韩敏芳笑着说：“这么多年(duōnián)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(lǐlùn)向产业化发展的桥梁

5月20日，陕西榆林举办(jǔbàn)了一场我国固体氧化物燃料电池领域具有重要意义的新闻发布会。会上，国内(guónèi)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(chǎnyè)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(hánmǐnfāng)表示，自国家提出“双碳”目标以来，固体氧化物燃料电池(ránliàodiànchí)、电解池技术迎来了发展的黄金(huángjīn)期。2024年(nián)以来，国家发改委、工信部、科技部等部门相继出台多项政策，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SOFC实验室(shíyànshì)。

随着政策的落地，SOFC在科研领域慢慢从冷门变成(biànchéng)了热门(rèmén)，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(yǔ)科研领域的(de)繁荣形成(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(dào)产业(chǎnyè)的“最后一公里”，是韩敏芳思考多年的问题。

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

固体氧化物燃料(ránliào)电池（SOFC）与传统(chuántǒng)燃煤发电相比，具有发电效率高(xiàolǜgāo)（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。但为何目前我国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，各级政府都积极支持创新型科技(kējì)产品(chǎnpǐn)落地，但实际应用时，一定需要有企业提供应用的场景，这是最难的。”韩敏芳分析，“主要是从成本(chéngběn)方面考虑，和太阳能(tàiyángnéng)相比，SOFC成本过高。”

回顾电(diàn)力能源(néngyuán)的(de)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，最开始十几块(shíjǐkuài)钱一度电，让人望而却步。在实地试用过程中，技术不断迭代，后来(hòulái)价格降至(zhì)三五块钱一度电。之后，太阳能企业成立了一块钱联盟。如今，甚至有企业在竞标中报出了一毛五的价格。从十几块到一毛五，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。”

去年，韩敏芳(hánmǐnfāng)参加了2024年第十期中国科技会堂论坛，该期论坛聚焦(jùjiāo)“氢能与现代工业”。“通过学界专家与企业领导层对话(duìhuà)，让企业了解新的产业和技术(jìshù)，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(dào)‘十三五’期间，中国的SOFC只有两三个项目获得(huòdé)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(liàngchǎn)到产业规范化的道路，我愿意把它分享(fēnxiǎng)出来，助力(zhùlì)更多的学者和企业为SOFC未来的发展贡献力量。”

作为中国硅酸盐(guīsuānyán)学会(xuéhuì)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(yǒu)年轻人知道了、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：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(yě)难以推广。若想要取得突破，就(jiù)必须找到合适的场景(chǎngjǐng)，让SOFC嵌入成熟的产业链。

目前，嵌入的比较好的是(shì)在石油化工企业。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，其实企业更希望用其进行供电，实现能量(néngliàng)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运行千瓦级固体氧化物(yǎnghuàwù)燃料电池热电联供系统，大幅提高了能源利用率。

冶金行业也同样有适配的嵌入场景。为响应减碳目标(mùbiāo)，多家钢铁公司正大力布局用减排潜力(qiánlì)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(dézhī)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。随后四年，我多次前往(qiánwǎng)榆林，通过学术演讲和决策层沟通等方式(fāngshì)，大力推广固体氧化物电解制氢技术。2024年，该(gāi)技术在陕西氢能(qīngnéng)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(bùjǐn)是央企，很多民企也纷纷行动(xíngdòng)起来，各方面的市场(shìchǎng)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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