陈丹2019-7-18 19:31
未来的汽车的供能系统,究竟是从电池组携带能量,还是从燃料电池发电?目前我们所处的时代,正在围绕着这个问题展开激烈的斗争。Mercedes-Benz为其GLC-SUV配备了燃料电池系统在过去的数年间,中国,见证了锂电池的崛起,我们也成为了全球锂电池生产和消费的巨头,于此同时,燃料电池的发展也列入了我们国家未来的五年发展计划之中。中国正在投资必要的基础设施,到2030年,全国将会建立起3000个加氢站。这样的情况不仅仅发生在中国,不管是欧盟、美国、日本或世界其他地区都发出了不同的声音,显然。锂电池与燃料电池的赛道已经建立,技术竞争蓄势待发。观点一埃隆·马斯克:氢燃料电池是“令人难以置信的愚蠢”!早在2015年,“钢铁侠”就声称:“如果你要选择能量存储机制,你应该选择甲烷或丙烷,因为他们更容易制取。”马斯克说道:“我只是认为(氢燃料电池)非常愚蠢......制造氢气并储存并在汽车中使用它非常困难。”,“如果你拿一块太阳能电池板直接给电池组充电,与电解相比,取氢,分离氧气,压缩氢气......这大约是其效率的一半。”其实,马斯克的话也不无道理。与电池相比,氢燃料电池的能源转化效率上始终比电池低,相较于特斯拉的BEV效率,目前市面上最好的FCV在效率上仍然不及BEV一半;另外,在工业产业链发展与基础设施(加氢站)建设上,氢燃料电池与锂电池的差距仍有数十年。燃料电池的发展仍在继续,但充电基础设施,氢气的大规模生产及其库存都滞后。氢的使用需要大量的基础设施建设,高质量和大型蓄压器。燃料电池,压力罐(碳纤维)的生产,加油的氢气价格,所需的加氢站基础设施和H2生产设施的建设都显得过于昂贵。除此之外,目前,以化石能源为原料的热化学过程在工业上应用较为广泛, 主要包括烃类蒸汽转化、重油部分氧化、煤气化和水电解等制氢方法。在氢的主流生产过程中,也存在着污染和低效率的问题。观点二:“未来的市场属于燃料电池”多年来,丰田一直将氢燃料电池押在电池电动汽车上,以实现其零排放汽车战略。丰田燃料氢电池是丰田公司运用在mirai新能源车上的先进技术,丰田氢燃料电池就像是一个发电站,它通过氧气和氢气进行化学反应才生产电,不是像普通储电池那样需要充电,只需要添加氢气,通过化学反应产出电。氢燃料电池的续航优势相比锂电池也很明显,同样续航500公里,普通锂电池充电需要很长的时间,超级快速充电也需要一个半小时,而氢染料电池只要3分钟就可以加满氢气。另外,在能量密度上,氢也远远超过了锂离子,两者甚至都不在同一个数量级上。“相对于远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等一些交通方式,燃料电池汽车具有清洁、零排放、续航里程长、加速时间短的特点,是适应市场需求的最佳选择,所以我们要及时地把产业化重点向燃料电池汽车拓展。”—— 万钢氢能及燃料电池近年来,燃料电池逐步走入大众视野。燃料电池技术被称为继水电、火电和核电发电之后的人类历史上的第四种稳定发电技术。它不仅在航空航天和国防应用领域发挥着重要的作用,更逐渐推动着许多领域的商业应用。由于燃料电池技术的固有优势 -高效率和低排放,使得燃料电池技术在广泛的应用中具有相当大的潜力。燃料电池的原理由德国化学家克里斯提安·弗里德里希·尚班于1838年首次提出,并刊登在当时著名的科学杂志。基于尚班的理论,1839年,威廉格罗夫爵士在水电解研究中首次发现了燃料气体直接电化学发电的现象。之后很长一段时间,燃料电池仅处于实验室阶段,由于理论以及材料方面的不完善,一直未能投入实践。直到燃料电池效应发现将近100年后的1932年,弗朗西斯·培根制造出了第一个可以投入实际生产的燃料电池。这之后又过了二十多年直到20世纪中期,达到千瓦级别的燃料电池才得以问世。在同一时期,太空计划的开展成为了燃料电池技术发展的最大推动力。尤其在载人航天领域,除燃料电池外别无他法。从1970年左右开始,燃料电池技术开始应用于更加广阔的领域(最初用于发电厂)。今天,在第一次发现燃料电池现象后将近180年后,燃料电池正在规模化和商业化的路上越走越远。燃料电池里发生了什么?燃料电池的发电原理与电池其实大致相同,实质是燃料气体和氧化剂发生电化学反应,可以看作是另一种“燃烧反应”。燃料电池主要有三个组成部分,阴极,阳极和电解质:•电解质:电解质材料决定了燃料电池的类型•阳极:将燃料分解成电子和离子,通常由铂制成•阴极:将离子转化为水(有时还有二氧化碳),通常由镍或纳米材料制成想必学过高中化学的各位,努力回想下就能想起来:电化学反应主要发生在阴极、电解质以及阳极、电解质的交界处。阳极催化燃料气体的氧化反应(如氢的氧化过程),阴极催化氧化剂的还原反应。由于阴极与阳极间电解质的存在,导电离子将在电解质内进行迁移,而电子将通过外电路进行迁移,在这个过程中产生了电流与电回路,从而达到了发电的效果。虽然燃料电池与电池原理相同,但仍有许多不同之处。在电池中,化学反应的反应物和反应产物都是电池的一部分,而在燃料电池中,反应物(燃料和氧化剂)需要从外界不断供给,而反应产物也需要不断排出。那么这样就会导致一个明显的差异:燃料电池系统的容量与电池不同,在燃料电池中系统容量可以说是有无限种可能,燃料电池的容量是由燃料的多少或者说燃料的储存容器尺寸决定的,与实际燃料电池的性能无关。电池的性能决定了电池的功率及容量,而燃料电池仅仅决定功率而不决定容量。燃料电池中的电化学反应与内燃机不同,不是基于热力循环,因而不受卡诺循环的限制,从而在理论上能够达到很高的效率。在实际应用中,由于各种技术限制以及设备整体的耗能,导致实际的电转化率一般在40-60%,很大一部分能量将转化为热能释放。为了保持燃料电池的正常运行,这一部分多余的热量必须被冷却,以免燃料电池过热。另一种思路,是将所散发的热量进行收集利用,形成热电联供,产生的热量甚至可以进行下游的进一步发电(如涡轮机发电)。在热电联供的情况下,燃料电池的总效率可以达到惊人的80%。根据其面积,单个燃料电池产生的功率范围为几瓦至约1千瓦,电压范围为0.5至1V,通常为0.7V。为了提供更高的电压和功率,必须借助双极板串联许多燃料电池,这就是所谓的燃料电池的堆叠。燃料电池堆 ...