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揭秘!五個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題讀懂氫燃料電池技術(shù)

日期:2020-02-24     來(lái)源:康明斯中國(guó)     作者:佚名

近年來(lái),當(dāng)紅的燃料電池技術(shù)頻登新聞?lì)^條。利用氫氣等清潔燃料,為從汽車(chē)到數(shù)據(jù)中心等眾多應(yīng)用提供電能,既高效又實(shí)現(xiàn)零排放。那么,燃料電池是什么?它又是如何工作呢?


什么是燃料電池?

 

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燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置,它將氫氣、天然氣或其它碳?xì)浠衔锶剂现械碾娀瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。不同于傳統(tǒng)蓄電池以儲(chǔ)能的方式提供電能,燃料電池依靠外部燃料和氧氣穩(wěn)定供應(yīng),持續(xù)產(chǎn)生電能。其中,利用氫氣作為燃料的燃料電池被稱做——質(zhì)子交換膜燃料電池(PEM或PEMFC),也就是大家所熟知的氫能燃料電池。


從驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛到為數(shù)據(jù)中心提供備用能源,氫燃料電池應(yīng)用非常廣泛。以氫燃料電動(dòng)汽車(chē)為例,作為汽車(chē)動(dòng)力總成的一部分,氫燃料電池產(chǎn)生的電能為電池提供能量補(bǔ)充,為用戶提供多種能源選擇,用戶可根據(jù)燃料價(jià)格及應(yīng)用場(chǎng)景靈活定制(利用氫氣、電池或優(yōu)化組合)。


氫燃料電池是如何工作的?

 

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氫燃料電池的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)電極(陰極和陽(yáng)極)組成,兩電極由質(zhì)子交換膜電解質(zhì)隔開(kāi)。每個(gè)燃料電池只有幾毫米厚度,數(shù)百個(gè)燃料電池堆積在一起,便形成一個(gè)燃料電池電堆。


氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)搭載的儲(chǔ)氫罐中的氫氣被輸送到燃料電池的正極,在催化劑作用下分解成氫離子和電子。氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)負(fù)極,與空氣中的氧氣反應(yīng)生成水,相對(duì)應(yīng)的電子通過(guò)外電路流向負(fù)極,產(chǎn)生電能并釋放熱量。


在氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力總成中,氫燃料電池產(chǎn)生的電能, 通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力,帶動(dòng)汽車(chē)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)工作,從而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛,并可根據(jù)需要為高壓電池組充電。氫燃料電池的反應(yīng)副產(chǎn)物主要是水,在使用過(guò)程中真正實(shí)現(xiàn)“零排放”。


氫燃料電池技術(shù)有哪些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?
與純電動(dòng)電池相比,燃料電池動(dòng)力總成具有能量密度高、燃料補(bǔ)給速度快等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。


分析報(bào)道指出,從技術(shù)路線和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,純電動(dòng)更適用于日常短途使用場(chǎng)景,而氫燃料電池技術(shù)更適合中長(zhǎng)途運(yùn)輸應(yīng)用。隨著運(yùn)輸距離增加,所需電池尺寸會(huì)相應(yīng)增加,從而增加卡車(chē)自重,嚴(yán)重制約卡車(chē)的負(fù)載能力和速度。而相比于傳統(tǒng)電池,燃料電池能量密度高,可顯著減少電池體積和重量,在降低卡車(chē)自重的同時(shí)保證長(zhǎng)續(xù)航里程。


另一方面,當(dāng)車(chē)輛能源補(bǔ)給時(shí),與電池充電時(shí)間相比,氫燃料補(bǔ)給更迅速。此外,得益于模塊化設(shè)計(jì),燃料電池具有更大靈活性,可根據(jù)特定應(yīng)用需求,定制燃料電池系統(tǒng)和儲(chǔ)氫罐,滿足用戶不同需求。


氫燃料電池應(yīng)用目前面臨哪些挑戰(zhàn)?
燃料電池技術(shù)應(yīng)用前景廣闊,但該技術(shù)尚處于發(fā)展階段,其大規(guī)模應(yīng)用仍受一些因素制約,排放法規(guī)、資金支持、技術(shù)發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施和總擁有成本(TCO)等將成為推動(dòng)燃料電池汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵。


加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的稀缺、前期車(chē)輛購(gòu)置成本高,及氫氣燃料價(jià)格高昂,是該技術(shù)面臨的主要問(wèn)題。


此外,與傳統(tǒng)化石燃料解決方案相比,氫燃料電池還面臨著包括重量增加、功率密度降低,以及加氫時(shí)間增加等挑戰(zhàn)。但眾多業(yè)內(nèi)人士正積極合作,不斷推進(jìn)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用。


康明斯如何參與氫能燃料電池技術(shù)?
早在20多年前,康明斯就著力發(fā)展氫燃料電池技術(shù)。2014年,康明斯參與在哥斯達(dá)黎加的首個(gè)利用氫燃料的運(yùn)輸系統(tǒng)示范項(xiàng)目,并于2018年加入了氫能委員會(huì)(Hydrogen Council,),一個(gè)探索并促進(jìn)氫能作為清潔燃料來(lái)源的全球性聯(lián)盟組織,與行業(yè)合作伙伴研究推廣氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用。


2019年,康明斯收購(gòu)全球領(lǐng)先的燃料電池和制氫技術(shù)供應(yīng)商水吉能(Hydrogenics)公司,并與現(xiàn)代汽車(chē)公司簽署合作備忘錄,在北美市場(chǎng)合作開(kāi)發(fā)氫燃料電池技術(shù)。此外,公司還投資了氫燃料電池增程器提供商Loop Energy,并在2019北美商用車(chē)展上推出了首款配備氫燃料電池,續(xù)航路程高達(dá)400公里的電動(dòng)動(dòng)力重卡。


作為全球領(lǐng)先的動(dòng)力解決方案提供商, 從清潔柴油、天然氣、純電動(dòng),再到如今的氫燃料電池技術(shù),康明斯致力于以創(chuàng)新的多元?jiǎng)恿鉀Q方案服務(wù)客戶。著眼未來(lái),康明斯將持續(xù)氫燃料電池前沿技術(shù)領(lǐng)域投入,為用戶提供可靠的創(chuàng)新產(chǎn)品組合,助力客戶成功。


                                  

  • 【責(zé)任編輯:卡友】

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