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一文带你了解什么是燃料电池

电动汽车资源网 中字

根据2018年5月1日实施的《GB/T 19596-2017 电动汽车术语》分类,电动动汽车分为三类,分别是纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车。目前,全球能源紧缺和环境污染问题日益严重,氢能和燃料电池是未来重要发展方向和趋势,燃料电池汽车也被认为是未来新能源汽车的终极选择。今天,电动汽车资源网就带大家一起来了解一下燃料电池。

什么是燃料电池?

燃料电池,是一种将燃料所拥有的化学能直接地转换成电能的化学装置,其又被称作电化学发电器,其主要由电极、电解质隔膜和集电器组成。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。从节约能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池是最有发展前途的发电技术。

燃料电池的发电原理

燃料电池是一种能量转化装置,它按照电化学原理,即原电池工作原理,等温的把储存在燃料和氧化剂里的化学能直接转化成电能,所以实际上过程是氧化还原反应。在运行时,外部供给电池的氢在燃料极放出电子变成氢离子,氢离子通过电解质后转向空气极,而电子则通过外电路到达空气极。在空气极,由外部供给电池的氧,与氢离子和电子产生反应生成水。电能则由外电路进行输出。燃料电池和普通的干电池都是将化学能转换成电能的装置,但是两者有一个很大的不同点,即封存在干电池中参与化学反应的物质最终会消耗殆尽,反应停止,就不能再输出电能;但是对燃料电池来说,只要能不断地给它提供燃料气体和氧化剂,化学反应就能一直进行下去,从而不停地输出电能。

燃料电池的优势

1.对环境的污染小

燃料电池之所以会被认为是未来新能源汽车的终极选择,很大的一个原因就是燃料电池对环境的污染小。燃料电池电动汽车在本质上是一种零排放汽车,燃料电池没有燃烧过程,若以纯氢作燃料,通过电化学的方法,将氢和氧结合,只会产生水。采用其他富氢有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池的燃料,生成物除水之外还可能有少量的二氧化碳,但其排放量远少于内燃机,且没有其他污染排放,如氧化氮、氧化硫等等,接近零排放。与传统汽车相比既减少了机油泄漏带来的污染,又降低了温室气体的排放,所以燃料电池堆环境的污染很小。

2.能量转换率高

燃料电池没有活塞或涡轮等机械部件及中间环节,因此不会受到卡诺循环的限制,它在运行时把化学能直接转换为电能,所以相比内燃机的燃烧作用不会产生大量废气与废热,能量转化效率目前能达到约40%~60%,而内燃机的转换效率只有10~20%左右。能量转换率高,就可以节省许多的能源。

3.可使用的燃料范围广

燃料电池可使用的燃料范围非常广泛,含有氢原子的能源都可以用作燃料电池的燃料。氢可以通过水分解来获得,也可以通过其他的可再生能源来获得,如天然气、丙烷、煤炭、沼气、甲醇等等。可使用的燃料范围广,能源多样性就强,这样可以降低对现有主要能源石油的依赖性,优化能源结构,缓解能源紧张的问题。

4.安全性相对较高

燃料电池在工作过程中,电池温度不会超过100℃,如果加上冷却措施,温度还会更低,此外燃料电池的外壳如果破裂,也不会产生爆炸,只会有燃烧反应,相对其他电池来说安全性更高。

5.稳定性强

燃料电池不管是高于其额定功率运行还是低于其额定功率运行,它都能稳定承受,并且效率变化不大。除此之外,它还能够在短时过载能力可以达到额定功率的200%且仍能稳定运行,非常适用于汽车的加速、爬坡等情况。

6.运行时噪音低

燃料电池的结构非常简单,除了空气压缩机和冷却系统以外没有其他的运动零部件,因此在运行的时候噪音非常低。

燃料电池的劣势

1.电池生产成本高

燃料电池本身结构简单,拥有的零部件不多,但是目前最常见的质子交换膜燃料电池需要用到的铂金属,铂金属资源稀缺,价格高昂,也因此导致燃料电池的生产成本升高。

2.燃料制取成本高

目前燃料电池多数还是以氢能源为主,而氢气的制取目前还是以电解水为主,这就需要消耗电力来获得氢气,导致制取成本高。

3.燃料储存难度高

氢气作为目前燃料电池的主要燃料,在储存和运输时,需要高压、密封,保证不能泄漏,这就对储存技术提出了很高的要求。

4.配套基础设施不足

虽然燃料电池目前正在慢慢普及,但是其配套的基础设施却没有跟上,电动汽车资源网了解到,截止至2018年2月,我国已建成及在建的加氢站有31座,但运营中的却只有12座,这是远远不够的。

作者:黄诚

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