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四个关键问题读懂氢燃料电池技术

发布日期: 2020-04-26
浏览人气: 308

什么是燃料电池?

燃料电池是一种能量转化装置,它将氢气、天然气或其它碳氢化合物燃料中的电化学能转化为电能。不同于传统蓄电池以储能的方式提供电能,燃料电池依靠外部燃料和氧气稳定供应,持续产生电能。其中,利用氢气作为燃料的燃料电池被称做——质子交换膜燃料电池(PEM或PEMFC),也就是大家所熟知的氢能燃料电池。

从驱动汽车行驶到为数据中心提供备用能源,氢燃料电池应用非常广泛。以氢燃料电动汽车为例,作为汽车动力总成的一部分,氢燃料电池产生的电能为电池提供能量补充,为用户提供多种能源选择,用户可根据燃料价格及应用场景灵活定制(利用氢气、电池或优化组合)。

氢燃料电池是如何工作的?

氢燃料电池的基本结构是两个电极(阴极和阳极)组成,两电极由质子交换膜电解质隔开。每个燃料电池只有几毫米厚度,数百个燃料电池堆积在一起,便形成一个燃料电池电堆。

氢燃料电池电动汽车搭载的储氢罐中的氢气被输送到燃料电池的正极,在催化剂作用下分解成氢离子和电子。氢离子通过质子交换膜到达负极,与空气中的氧气反应生成水,相对应的电子通过外电路流向负极,产生电能并释放热量。

在氢燃料电池电动汽车的动力总成中,氢燃料电池产生的电能, 通过电动机转换成机械动力,带动汽车机械传动结构工作,从而驱动汽车行驶,并可根据需要为高压电池组充电。氢燃料电池的反应副产物主要是水,在使用过程中真正实现“零排放”。

氢燃料电池技术有哪些独特优势?

与纯电动电池相比,燃料电池动力总成具有能量密度高、燃料补给速度快等独特优势。

分析报道指出,从技术路线和发展趋势来看,纯电动更适用于日常短途使用场景,而氢燃料电池技术更适合中长途运输应用。随着运输距离增加,所需电池尺寸会相应增加,从而增加卡车自重,严重制约卡车的负载能力和速度。而相比于传统电池,燃料电池能量密度高,可显著减少电池体积和重量,在降低卡车自重的同时保证长续航里程。

另一方面,当车辆能源补给时,与电池充电时间相比,氢燃料补给更迅速。此外,得益于模块化设计,燃料电池具有更大灵活性,可根据特定应用需求,定制燃料电池系统和储氢罐,满足用户不同需求。

氢燃料电池应用目前面临哪些挑战?

燃料电池技术应用前景广阔,但该技术尚处于发展阶段,其大规模应用仍受一些因素制约,排放法规、资金支持、技术发展、基础设施和总拥有成本(TCO)等将成为推动燃料电池汽车发展的关键。

加氢站等基础设施的稀缺、前期车辆购置成本高,及氢气燃料价格高昂,是该技术面临的主要问题。

此外,与传统化石燃料解决方案相比,氢燃料电池还面临着包括重量增加、功率密度降低,以及加氢时间增加等挑战。但众多业内人士正积极合作,不断推进技术发展及应用。

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