“如果能夠講用液體填充燃料、高效率地生成電的固體氧化物型燃料電池（SOFC）實用化，對于作為移動體的汽車來說很好“（日產汽車EV系統研究所主管研究員加藤崇）
日產汽車為了將來搭載到汽車上，正在致力于SOFC的開發。
SOFC是基于與豐田汽車的燃料電池車（FCV）“MIRAI”、韓國現代汽車“NEXO”采用的固體高分子型燃料電池（PEFC）不同的技術的電源。
使用固體高分子膜的PEFC的工作溫度為70～90℃，而SOFC的高達600~1000℃。
因此，可以對燃料進行內部改性，有可能使用乙醇等液體作為燃料。
理論上的發電效率與PEFC的30～40%相比，高達40～65%。
目前的FCV是以氫氣為燃料的，因此需要搭載70MPa（兆帕斯卡）等高壓罐，為了安全對策不斷增加，車內空間也不得不有所犧牲。
另一方面，SOFC有可能解決現有FCV存在的問題，因此日產的期待很大。
不過，現在的SOFC一部分是固定用的作為電源被實用化，但是在車載應用中留下了很多課題。
加藤先生關于SOFC的課題，「因為工作溫度高啟動花費時間，另一方面，車載用途不能花費很長的時間啟動需要即使快速加熱也不會損壞的耐久性。
另外，在車上使用的話，尺寸、重量、以及每重量的能量密度等都會大幅增加需要改善“。
因此，日產在新能源·產業技術綜合開發機構（NEDO）的項目“面向燃料電池等利用飛躍性擴大的共同課題解決”型產學官合作研究開發事業中，無人機（名古屋市）、Atsumitec（濱松市）、集成技術（埼與玉縣和光市）等一起，推進面向無人機的SOFC堆棧的開發。
實現長時間、高有效載荷飛行的SOFC目標是構筑面向實用化和多用途展開的基礎技術。
“在海外，搭載PEFC的無人機已經實用化了，但是PEFC很難應對大型化。SOFC比PEFC效率高25%左右因為是陶瓷基礎，所以輕量化的潛力也很高。因為陶瓷是日本的家傳，所以可以用日本制造的”（無人機常務董事市原和雄）
那么，為什么日產要著手面向無人機的開發呢。“實際上我公司想開發無人機和eVTOL（電動垂直起降）機雖然沒有確定，但作為面向移動性的能源之一很感興趣。無人機重量輸出非常很重要，那里和車很像。它是一個不能像定置用電源那樣通過管線供給氫氣的獨立系統，這一點也是共通的”（加藤）。也就是說，面向車載用SOFC的開發這個目標，首先是面向要求特性相似的無人機鍛煉技術的算盤。
在此次NEDO的項目中，日產負責SOFC單元的試制和分析。
然后，Atomitec開發了SOFC模塊和系統，研究了無人機在無人機上的搭載性等。
無人機從小型到超大型有各種各樣的種類，但該項目以中大型機為目標。
因為如果是這個領域的話，可以在輸出和重量的平衡上發揮采用燃料電池的優點。
具體來說，中型飛機的起飛重量為11.5kg，有效載荷最大為2kg，燃料電池組重量為5kg，輸出功率為1.3kW。大型飛機的起飛重量為30kg，有效載荷為8kg，堆為12kg，預計輸出功率為3.3kW。
該項目于2021年8月啟動，預計2023年3月末結束（根據進展情況，也有2年的延長）。
根據成果報告書，日產開發了10cm2的SOFC電池（圖1）。AtomiTec32張（16段）×2片）開發層疊的模塊，確認以104W發電（圖2）。
輸出密度為327mW/cm2，清除了最初作為目標的312.5mW/cm2以上（圖3）。另外，據說這次作為燃料投入了100%的氫氣。
圖1日產開發的SOFC基準單元
尺寸是10cm2。
其特征在于用金屬夾住陶瓷電解質的“金屬支撐”技術。
據說采用了這個技術的電池，在世界范圍內還沒有被實用化（照片：日產汽車）
圖2發電試驗用燃料電池模塊
32個標準單元格（16級）×2）層疊。
圖3發電試驗用模塊的輸出特性
以100%氫氣為燃料，在700℃下工作時記錄最高輸出密度327mW/cm2。
今后計劃實施以盒式氣瓶中使用的丁烷為燃料的發電試驗（來源：日產汽車）
日產開發的電池，面向大型化的「金屬支持」技術有特征。
在SOFC中，電解質使用氧化鋯系陶瓷，金屬支撐在電解質的上下設置金屬層。
由于陶瓷的熱導率低，如果急速加熱，則部分溫度上升而破裂。
另一方面，在金屬支撐件中，由于熱在金屬層中擴散，所以在層疊單元而大型化時不易破裂。
日產綜合研究所EV系統研究所主任研究員鹽見岳史先生說明「用金屬支持脆弱的陶瓷。
作為電池是同樣的厚度，不過，由于把陶瓷部分做薄設置金屬層的事對急速加熱和振動有著耐沖擊性」。
NEDO的項目今后將實施開發的SOFC模塊的丁烷氣體發電試驗和設想SOFC的無人機機體設計等。
另一方面，日產以搭載在車上為目標，將另外進行電池的大型化和生物乙醇等液體燃料的使用驗證。
在現狀下，如果是面向無人機的話，可以層疊10cm2的電池來實現充分的輸出，“在車載用途中，最低也想要數kW的輸出。
根據車格的不同，也有要求10 kW以上的情況”（加藤）。
因為是燃料電池，所以通過層疊電池單元可以實現高輸出化，但是如果層疊多個小型的電池單元，則死區變大，輸出密度降低。
而且，能否使用液體作為燃料在便利性等觀點上非常重要。
另一方面，因為有將燃料從液體中氣化的過程，所以系統的技術開發難度很高”（加藤）。
原文始發于微信公眾號（電化學能源科學與技術）：日產SOFC燃料電池開發進展
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