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燃料電池發展現狀及前景

鉅大LARGE  |  點擊量:5212次  |  2018年06月16日  

摘要
燃料電池是很有發展前途的新的動力電源,一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料,作為負極,用空氣中的氧作為正極.和一般電池的主要區別在于一般電池的活性物質是預先放在入的,因而電池容量取決于貯存的活性物質的量;

燃料電池是很有發展前途的新的動力電源,一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料,作為負極,用空氣中的氧作為正極.和一般電池的主要區別在于一般電池的活性物質是預先放在入的,因而電池容量取決于貯存的活性物質的量;而燃料電池的活性物質(燃料和氧化劑)是在反應的同時源源不斷地輸入的,因此,這類電池實際上只是一個能量轉換裝置。這類電池具有轉換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優點,但由于成本高,系統比較復雜,僅限于一些特殊用途,如飛船、潛艇、軍事、電視中轉站、燈塔和浮標等方面。


中國論文網/8/view-52266.htm


1燃料電池的特點


(1)能量轉化效率高。效率高達50%一60%,通過對余熱的二次利用,總效率可高達80%一85%。


(2)無污染,可實現零排放。工作過程的唯一產物是水。


(3)效率隨輸出變化的特性好。部分功率下運行效率可達60%,短時過載能力可達到200%的額定功率。


(4)運行噪聲低,可靠性高。無機械運動部件,工作時僅有氣體和水的流動。


(5)構造簡單,便于維護保養。模塊化結構,組裝和維護方便;沒有運動部件,磨損之類故障少。


(6)燃料(氫氣)來源廣泛。制備方法多樣,可通過石油、甲醇等重整制氫,也可通過電解水、生物制氫等方法獲取氫氣。


(7)燃料補充方便??梢圆捎眉状嫉纫后w為燃料,利用現有的加油站系統,采用與汽車加油大體相同的燃料補充方式短時間內完成燃料的補充。


(8)環境適應性強。它的功率密度高、過載能力大、可不依賴空氣,因此可兩棲使用,適應多種環境及氣候條件。


2燃料電池發展現狀


在日本,日本經濟產業省前幾年就對燃料電池汽車開發與推廣制定了時間表,其戰略目標是:到2010年,日本使用的燃料電池汽車達到5萬輛;2020年達到500萬輛;到2030年,要全面普及燃料電池汽車。近期,日本又計劃在5年內斥資2090億日元開發以天然氣為原料的液體合成燃料技術、車用電池,以及氫燃料電池科技。


在美國,燃料電池電動車曾被美國前總統布什作為“氫經濟”論的“法寶”大肆宣傳,但2006年2月他已改變了腔調,承認燃料電池電動車“不是近期的解決方法,也不是中期的解決方法,而確實是遠期的方法”。在布什第二任總統任期的后3年里,“氫經濟”論在美國已氣息奄奄,燃料電池的研發重點已轉向了基礎性研究。2009年5月,美國政府正式宣布停止支持燃料電池電動車的研發。


在歐洲,歐盟2008年夏天決定斥資10億歐元用于燃料電池和氫能源的研究和發展。歐盟此舉旨在把燃料電池和氫能源技術發展成為能源領域的一項戰略高新技術,使歐盟在燃料電池和氫能源技術方面處于世界領先地位,歐盟將力爭在2020年前建立一個燃料電池和氫能源的龐大市場。


汽車業界普遍認同的一個觀點是,燃料電池技術是內燃機技術最好的替代物,代表了汽車未來的發展方向。但如果將發展燃料電池汽車的幾個制約因素考慮進來,則會發現燃料電池汽車目前和今后一段時問尚不具備商業化的條件。最樂觀的預測,以純氫為燃料的燃料電池汽車的商業化生產至少還需15年以上的時問,即使在一定程度上實現了商業化,也會是以一種高成本的方式。


3燃料電池發展前景


燃料電池的特點決定了它具有廣闊的應用前景。首先,它可以用作小型發電設備;其次,作為長效的“電池”;三是電動汽車上的應用。


燃料電池首先用作發電設備,是因為其價格有可能與一般的發電設備相競爭。但燃料電池在電動汽車上的商業應用前景是遠期的,因為汽車需要的是發電機,發電機的價格遠比燃料電池要便宜,因此在短期內,燃料電池汽車在價格上難以與其他汽車相競爭?,F在燃料電池研究與開發集中在四大技術方面:(1)電解質膜;(2)電極;(3)燃料;(4)系統結構。日美歐各廠家開發面向便攜電子設備的燃料電池,尤其重視(1)~(3)方面的材料研究與開發。第四方面的研究課題是燃料電池的系統結構,前三個方面是構成燃料電池的必要準備,而系統結構是燃料電池的最終結果。


固體氧化物燃料電池的開發研究以及商業化,是解決世界節能和環保的重要手段,受到了世界許多國家的普遍重視,包括美國、歐洲、日本、澳大利來、韓國等。盡管固體氧化物燃料還存在一些問題,如電極材料、制造成本、操作溫度過高等等問題,但是瑕不掩瑜,加快固體氧化物燃料電池發展必然是世界發展的總趨勢。降低電池操作溫度和微型化是固體氧化物燃料電池(SOFC)的發展趨勢。其關鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發展的瓶頸。應突破的關鍵技術主要有:a)高性能電極材料及其制備技術;b)新型電解質材料及電極支撐電解質隔膜的制備技術;c)電池結構優化設計及其制備技術;d)電池的結構、性能與表征的研究。隨著燃料電池技術的進一步發展,必將能夠加快我國經濟建設與可持續化發展步伐。


燃料電池的出現與發展,將會給便攜式電子設備帶來一場深刻的革命,并且還會波及到汽車業,住宅,以及社會各方面的集中供電系統。在21世紀中它將會把人類由集中供電帶進一種分散供電的新時代。因為太陽能供電雖然能替代部分能源,但它與天氣有關,受氣候的制約;核能利用又存在安全問題;唯有燃料電池供電,它沒有二氧化碳的排放,可減輕溫室效應使全球氣候變暖問題,它解決了火力發電使全球環境污染的問題,它是一個純正的綠色清潔能源。所以,我們要加速實現燃料電池的商品化進程,中國人應該在這場能源革命中有所作為,跟上全球技術發展的步伐。


燃料電池車日益成為公眾關注的焦點,其無污染,綠色環保等優勢被業內認為是解決出行的終極方式。以氫燃料電池為代表的燃料電池技術受到更多企業的關注,很多企業也都加大了研發力度,2017年被業界稱為燃料電池的起步年,目前已經有燃料電池車生產銷售。


筆者收集2017年燃料電池車推薦目錄、產量等數據,看看燃料電池車2017年在應用方面有哪些發展和亮點?


燃料電池車多集中在客車和專用車領域


2017年新能源汽車推薦目錄中的燃料電池車有22款,涉及11個品牌,來自10家車企,其中燃料電池客車為19款,占比高達86%;燃料電池專用車為3款,占比14%。所有車型續航里程在300km至600km之間,最高車速在69km/h至110km/h之間。


1.燃料電池車目前只在客車與專用車領域有所發展。究其原因,一方面:乘用車空間小,對燃料電池體積要求較高,現有燃料電池若應用于乘用車,由于高難度的空間壓縮技術導致成本壓力巨大,利潤更是無從談起;另一方面:乘用車多為私家車,目前加氫站的數量少,中國電動汽車百人會數據,截止到2017年12月,我國加氫站已有19座,加氫站技術和成本要求高,發展較為緩慢,尚不完善,不能滿足私家車需求。而客車和專用車對空間要求較為寬泛,有利于燃料電池的有效應用;加氫站方面,車輛使用地區附近有一座即可滿足需求,故目前燃料電池車主要在客車與專用車領域發展。


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