鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:476次 | 2022年05月06日
簡述我國燃料動(dòng)力鋰電池的研究和發(fā)展
1燃料動(dòng)力電池
燃料動(dòng)力電池是一種不斷輸入燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置[4],燃料通常為甲醇、乙醇、純氫氣、天然氣及汽油等。
離子交換膜燃料動(dòng)力電池中,以氫氧為燃料的電池最常見,通過特殊催化劑使燃料與氧發(fā)生反應(yīng)出現(xiàn)二氧化碳和水。這一過程的燃料廉價(jià),化學(xué)反應(yīng)不存在危險(xiǎn),二氧化碳排放量比一般方法低很多,生成的產(chǎn)物水無害,是一種低污染性的能源[5],這是現(xiàn)今其他動(dòng)力來源望塵莫及的。目前,計(jì)算機(jī)和汽車公司開始著力于開發(fā)燃料動(dòng)力電池以替代傳統(tǒng)的電池電源,汽車領(lǐng)域中燃料動(dòng)力電池的應(yīng)用,已成為能源發(fā)展的必然趨勢
作為一種能量轉(zhuǎn)化裝置,燃料動(dòng)力電池是按照原電池工作原理,直接將燃料和氧化劑中儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,其反應(yīng)實(shí)質(zhì)是氧化還原反應(yīng),工作原理如圖1所示。
燃料動(dòng)力電池重要由陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路4部分組成,其陽極和陰極分別通入燃料氣和氧氣(空氣),陽極上燃料氣放出電子,外電路傳導(dǎo)電子到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子,在電場用途下,離子通過電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陽極上再與燃料氣進(jìn)行反應(yīng),最后形成回路出現(xiàn)電。與此同時(shí),因?yàn)槿剂献陨淼姆磻?yīng)及電池存在的內(nèi)阻,燃料動(dòng)力電池也要排出一定的熱量,以保持電池恒定的工作溫度。從外表上看像一個(gè)蓄電池,但實(shí)質(zhì)上它不能「儲(chǔ)電」而是一個(gè)「發(fā)電廠」。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
其中,陰陽極不僅可以傳導(dǎo)電子,還能作為氧化還原反應(yīng)的催化劑。為便于反應(yīng)氣體的通入和產(chǎn)物的排出,兩極往往采用多孔結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)則重要起到傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的用途,一般情況下為致密結(jié)構(gòu)。
燃料動(dòng)力電池作為一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置,僅僅是將存儲(chǔ)于燃料物質(zhì)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能[7]。從原則上講,只要接連不斷地供給化學(xué)燃料,燃料動(dòng)力電池就可以持續(xù)不斷的發(fā)電,這是繼核電、水力、火力之后的第4代發(fā)電技術(shù)。
燃料動(dòng)力電池成為國內(nèi)外公司的關(guān)注熱點(diǎn),這重要是源于它自身的優(yōu)點(diǎn):
能量轉(zhuǎn)化效率高;
燃料選擇范圍廣;
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
清潔、污染少;
噪聲低;
比能量高、可靠性強(qiáng);
負(fù)荷響應(yīng)快,具有超強(qiáng)的適用能力。
盡管燃料動(dòng)力電池?fù)碛腥绱硕辔说膬?yōu)勢,可它在運(yùn)行推廣過程中仍然有一些不足,重要存在的問題是[9]:
成本較高;
功率密度仍需提高;
燃料的存儲(chǔ);
關(guān)于環(huán)境毒性比較敏感;
有限的工作溫度兼容性。
目前,應(yīng)用得較多是質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池和堿性燃料動(dòng)力電池。質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池(PEMFC)是近些年快速發(fā)展起來的新一代燃料動(dòng)力電池,具有較高的能量效率和能量密度、體積重量小、啟動(dòng)速度最快、運(yùn)行安全可靠、應(yīng)用最為廣泛等優(yōu)點(diǎn),特別是在汽車方面應(yīng)用較為深廣,PEMFC是正在開發(fā)的商用燃料動(dòng)力電池。