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氢燃料电池的应用
作为移动式电源的应用
氢燃料电池作为移动式电源的应用领域分为两大类:一是可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等,适用于军事、通讯、计算机等领域,以满足应急供电和高可靠性、高稳定性供电的需要。二是用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源,以满足环保对车辆排放的要求。从目前发展情况看,质子交换膜燃料电池是技术最成熟的电动车动力电源。
作为固定式电源的应用
氢燃料电池除适用于作为交通电源外,也非常适合用于固定式电源。既可与电网系统互联,用于调峰;也可作为独立电源,用作海岛、山区、边远地区、或作为国防(人防)发供电系统电源。采用多台氢燃料电池发电机联网还可构成分散式供电系统。
氢能电源的军事应用前景
电源作为信息技术装备的命脉,能否连续、可靠、安全、灵活地供电是至关重要的,它是信息技术装备密不可分的一部分。由于质子交换膜燃料电池发电机工作温度低,红外辐射少,无震动,没有噪音,因此特别适合用作为现代军用电源。如果把作战燃料改为氢,将获得更加高效可靠的发电系统、更低的排放、更低的噪音、极大地减小热辐射和红外成像,便于伪装和隐蔽作战。
氢燃料电池在军事领域的一个重大用途是作为海军舰艇的动力电源。氢燃料电池发电机作为潜艇不依赖于空气的推进动力源与斯特林发动机和闭式循环柴油机相比,具有效率高、噪音低和红外辐射小等优点,在携带相同重量或体积的燃料气时,潜艇续航能力最强,且没有污染。
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氢燃料电池的驱动方式
氢燃料电池汽车的驱动方式还是电机,氢只是用来反应发电的能源,最后与氧气反应产生电能,驱动车辆行驶。一般氢燃料电池驱动总成主要包含五个子系统,分别是:氢气子系统、热管理子系统、电机驱动子系统、空气子系统和电堆。其中,氢气子系统的作用是负责车辆氢能源的储存与供给,氢气一般被压缩成液态存储在储氢罐,相当于燃油车的邮箱或者电动车的电池。最后经过储存,输送,压力检测,电磁阀喷射、阳极循环泵回收多个环节,组成了一个高效的氢气供给系统。
为了给电堆提供足量的氧气,在供氧系统上増加有电子机械増压器,和燃油车上常见的机械增压系统的原理大致相同。不同的是,燃油车机械增压器采用油浮式转子,转子轴承上的润滑油会受热蒸发,导致进气混有适量的机油气体。电堆有大量的催化剂,蒸发机油气体可能会导致催化剂中毒。因此,供气系统必须保证吸入足量目纯洁的空气,所以氢燃料电池上的机械增压器转子也经过了特殊的设计,不再是传统的油浮式,还可以承受更高的转速。
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氢燃料电池在行业内的优势
从行业角度看,氢燃料电池占据有独特的优势:
第一,锂电池技术突破难。虽然目前大多数电动车的续航都能达到600KM左右,但电池能量心密度还是处于170KH/KG的行业水平,长续航只是増加了更多的电池,这会导致车辆交通浪费在运送电池本身上,既不经济也不合理。而且锂电池在过去十年能量密度已经提高了2.5倍,已经达到物理化学极限,再提高就是安全极限的突破。因此,想要再提高能量密度是很困难的。
第二,充电慢。充电技术突破需要整个国家供电体系的优化。目前纯电动汽车充电时远大于燃油车加油时间。在这样一个背景之下,氢燃料电池依托于独有的优势,再次出现在大众的视野。而且在很多个方面,氢燃料电池都能避兔纯电动汽车的短板,具有长期投资的优势:
(一)氢气的能量密度可以比电池更大。氢气释放电能其实就是一个氧化还原反应。如果储氢系统的压力足够大,小体积的液态氢可以达到很高的续航。
(二)加氢快。加注一罐氢气只需要三到五分钟,比充电更快,而目不用到处找充电柱。除此之外,氢气也是最洁净的能源,氢燃料电池的反应产物只有水。
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氢燃料电池的发展困境
第一、车载储氢技术。同样的质量,氢气的能量密度不低,但汽油,柴油在自然环境下就是液态,氢气要压才变成液态,还要保证安全。目前70兆帕的储气系统每一升氢气的能量密度只有800WH,如果储氢系统想要达到80kW的能量,就需要1000的气系统,体积相当庞大了。
第二、燃料电池技术。主要是电堆的电极和空气压缩技术,虽然都有所突破,但寿命还是太短了。
第三、供应链不成熟。氢燃料电池的大多技术还不够成熟,目前推动氢燃料电池需要大量的进口元件,价格高昂。很难控制整车成本,更无法普及。
第四、基础建设投资大。目前加氢站太少,而且加氢气站设费用巨高。纯电动汽车面临着充电不便的问题,氢燃料车也再说难免。氢燃料汽车需要加氢站,而且还不能像电动车在家里慢慢充,在某些条件下,还不如纯电动汽车方便。


