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分析燃料電池工作原理及優(yōu)勢(shì)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1011次  |  2019年01月05日  

燃料電池工作原理及優(yōu)勢(shì)

燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置,它是按電化學(xué)原理,即原電池工作原理,等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。其實(shí)本質(zhì)就是每個(gè)初中生都學(xué)過的電解水的逆反應(yīng),將氫的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,而不是通過燃燒轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

燃料電池的核心部件主要包括電堆、膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層。

氫燃料電池的最大優(yōu)勢(shì)就是環(huán)保,排放物為水,被譽(yù)為終結(jié)能源。

站在人類的燃料使用歷史角度來(lái)看,發(fā)展的總體趨勢(shì)就是一個(gè)“減碳加氫”的過程——能源載體從柴草到煤炭、到汽柴油、再到天然氣,可以看到這些能源載體中的碳元素越來(lái)越少,氫元素越來(lái)越多。

如果按照這個(gè)趨勢(shì),全部使用氫能源當(dāng)然是人類能源的終極目標(biāo)。

第二個(gè)優(yōu)勢(shì)就是添加方便,當(dāng)然這個(gè)優(yōu)勢(shì)是和充電設(shè)備比較的,加氫本質(zhì)上和添加汽油道理和時(shí)間也差不多。

第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是轉(zhuǎn)換效率高,燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率在理論上可達(dá)100%,實(shí)際效率已達(dá)60%~80%,是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的2~3倍。

燃料電池推廣存在的主要問題及應(yīng)對(duì)

燃料電池目前在國(guó)內(nèi)還是示范運(yùn)營(yíng)階段,不具備大規(guī)模商業(yè)化的條件,主要有一些問題:

【1】造價(jià)昂貴

里面的主要核心部件造價(jià)昂貴,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋰電池車和燃油車。特別是貴金屬鉑需求量大,不過隨著技術(shù)進(jìn)步,豐田的技術(shù)已經(jīng)將催化劑鉑含量降低到燃油車的2倍左右。

至于其他的造價(jià),需要的是放量,根據(jù)某企業(yè)的測(cè)算如果氫燃料電池汽車產(chǎn)能能達(dá)到百萬(wàn)輛級(jí)別的話是要低于鋰電池汽車的。

【2】安全性

目前氫氣的安全性主要來(lái)自于心理層面,國(guó)家對(duì)氫氣采用的是危化品的管控,人們心中對(duì)氫氣罐是很不放心的,沒人敢?guī)е粋€(gè)隨時(shí)爆炸的罐子上路。

其實(shí)按照豐田的實(shí)驗(yàn),氫燃料電池安全性是高于燃油汽車的,碰撞甚至子彈射擊對(duì)于氫氣罐都沒問題,極端情況下泄露起火的情況下由于氫氣密度很低,逃逸性好,火迅速升到天空對(duì)車輛傷害和燃油車比起來(lái)小的多。這里只要做好普及工作,問題是不大的。

【3】氫氣的來(lái)源和氫氣站的建設(shè)

氫氣的來(lái)源其實(shí)很簡(jiǎn)單的:化工行業(yè)的副產(chǎn)品和風(fēng)水光伏電的棄電用來(lái)制氫。

燃料電池工作原理及優(yōu)勢(shì)

給你個(gè)精確的數(shù)據(jù),光氯堿工業(yè)每年以點(diǎn)天燈的形式釋放的氫氣就夠1240萬(wàn)輛車行駛,四川省每年棄水電用來(lái)制氫可以滿足275萬(wàn)輛車輛使用,2017年風(fēng)電和光伏棄電量可供2000萬(wàn)輛以上氫能源汽車使用。所以這里氫氣來(lái)源和成本應(yīng)該問題不大。

目前有問題的是氫氣站的建設(shè),一個(gè)站得1000萬(wàn)以上的成本(不含土地),太貴了,只能寄希望于兩桶油來(lái)推動(dòng)這事了。沒有加氫站的大面積開建,燃料汽車根本沒有普及的基礎(chǔ)。

【4】燃料電池本身的技術(shù)問題

燃料本身也存在一些技術(shù)問題,包括單個(gè)燃料電池可以續(xù)航時(shí)間不多,雖然實(shí)驗(yàn)室階段過了10000小時(shí),但是商業(yè)化的還徘徊在5000小時(shí)左右,這個(gè)是不夠的。

隨著技術(shù)的進(jìn)度,產(chǎn)業(yè)資本的涌入,上述問題隨著時(shí)間的推移應(yīng)該都能逐步解決,但是時(shí)間是多久誰(shuí)也不知道。同時(shí)你在進(jìn)步,你的競(jìng)品也在進(jìn)步,現(xiàn)在就看誰(shuí)進(jìn)步的更快。

我們都知道,電動(dòng)汽車在100多年前就能續(xù)航160公里,100多年后續(xù)航達(dá)到了400公里,后面會(huì)不會(huì)有突破,這個(gè)誰(shuí)也說(shuō)不好。

按照小鵬汽車的副總裁劉明輝博士的說(shuō)法,5年后燃料汽車才能正面硬杠鋰電池,所以這里就是把這些交給時(shí)間和市場(chǎng)。

國(guó)內(nèi)外燃料電池的研發(fā)差距

1994年,奔馳公司率先研發(fā)出燃料電池汽車,上個(gè)世紀(jì)末,燃料電池技術(shù)領(lǐng)先的兩大汽車公司,一個(gè)是德國(guó)的戴姆勒,另一個(gè)是美國(guó)的通用。

但是在奧巴馬政府上臺(tái)后,美國(guó)就暫停了對(duì)燃料電池的研發(fā)和關(guān)注。奧巴馬政府對(duì)燃料電池的發(fā)展前景有較大的質(zhì)疑,認(rèn)為動(dòng)力電池才是未來(lái)汽車動(dòng)力源的主要方向,因此就把燃料電池的研發(fā)擱置了,后面兩大汽車公司都半放棄了燃料電池技術(shù)的研發(fā)。

后面就形成了北美專業(yè)燃料電池廠商和日韓汽車廠商壟斷這個(gè)行業(yè),北美這塊以巴拉德(NASDAQ:BLDP)、普拉格(NASDAQ:PLUG)和水吉能為代表。

巴拉德基本上是電堆做的最好的,也是燃料電池的典范。中國(guó)的技術(shù)很多都是走的這條路線,經(jīng)過這些年學(xué)習(xí)也好、融合加自主創(chuàng)新也好,還是收購(gòu)股權(quán)技術(shù)授權(quán)也好,中國(guó)的燃料電池技術(shù)和北美的差距已經(jīng)不大了,主要衡量指標(biāo)功率密度差距不大了。

這里未知的就是日韓技術(shù)。豐田雖然之前公開了很多專利來(lái)推廣燃料汽車技術(shù),但是核心還是在自己手里面;5月份總理去參觀的生產(chǎn)線,正常情況是禁止參觀的,這是一個(gè)燃料電池前輩親口說(shuō)的。

這里面就涉及到核心技術(shù)是中國(guó)人都不知道的,以中國(guó)人的模仿能力,但凡知道了了解了很快就能仿制甚至超越你。

但是不管怎么樣,隨著2018年幾百億的產(chǎn)業(yè)資本涌進(jìn)來(lái),技術(shù)突破只是時(shí)間的問題,前提是國(guó)家繼續(xù)支持這個(gè)行業(yè)。

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