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氢燃料电池的特点及在汽车领域的应用

发布日期: 2021-10-25
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氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极。

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特点


无污染燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。


无噪声燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。


高效率燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。


区别


干电池、蓄电池是一种储能装置,是把电能贮存起来,需要时再释放出来;而氢燃料电池严格地说是一种发电装置,像发电厂一样,是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外,氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成,这是氢燃料电池的一项关键技术,它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面,还要对电池的化学反应起催化作用。


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在汽车领域的应用


20辆中国自主研制的氢燃料电池轿车在同济大学新能源汽车工程中心举行赴京发车仪式,它们将在奥yun福田氢燃料电池客车会中投入运营。这20辆氢燃料电池轿车是基于大众帕萨特领驭车型,通过改制和集成新一代燃料电池轿车动力系统平台而成功研发出来的。它们以氢气为能源,经氢氧化学反应生成水,真正实现零污染。氢燃料电池轿车加一次氢可跑300多公里,时速达每小时140~150公里。氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重200多公斤,贵5倍以上。


氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比,燃料电池车能量转化效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车,氢燃料是玩美的汽车能源!


氢燃料电池车的优势毋庸置疑,劣势也是显而易见。随着科技的进步,曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善,然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍,这个价格是市场所难以承受的。


据悉,这批氢燃料电池车,大输出功率高达60千瓦,燃料消耗仅为每百公里1.2公斤氢气,大约相当于4升93号汽油。


英国政府将大力发展氢燃料电池汽车,计划在2030年之前使英国氢燃料电池车保有量达到160万辆,并在2050年之前使其市场占有率达到30%-50%。政府将从2015年起实现氢燃料电池汽车本土化生产,并自行研发相关技术,另外还将建设氢燃料补给站。


目前丰田汽车公司已经将燃料电池的成本大幅降低, 整车价格控制在6.9万美元(40万人民币), 可提供100KW动力输出, 续航能力达到700公里. 并将在北美和日本本土上市, 上市时间为2015年上半年。


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