詳解氫燃料電池及其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

詳解氫燃料電池及其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：氫燃料電池氫能源氫燃料電池轎車氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陽極。特點(diǎn)無污染燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述，燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等)，整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。無噪聲燃料電池運(yùn)行安靜，噪聲大約只有55dB，相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝，或是在室外對噪聲有限制的地方。高效率燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。區(qū)別干電池、蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，是把電能貯存起來，需要時(shí)再釋放出來;而氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。另外，氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成，這是氫燃料電池的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面，還要對電池的化學(xué)反應(yīng)起催化作用。在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用20輛中國自主研制的氫燃料電池轎車在同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心舉行赴京發(fā)車儀式，它們將在奧運(yùn)福田氫燃料電池客車會(huì)中投入運(yùn)營。這20輛氫燃料電池轎車是基于大眾帕薩特領(lǐng)馭車型，通過改制和集成最新一代燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)而成功研發(fā)出來的。它們以氫氣為能源，經(jīng)氫氧化學(xué)反應(yīng)生成水，真正實(shí)現(xiàn)零污染。氫燃料電池轎車加一次氫可跑300多公里，時(shí)速達(dá)每小時(shí)140~150公里。氫燃料電池轎車比同類型內(nèi)燃機(jī)車重200多公斤，貴5倍以上。氫燃料電池車的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板(負(fù)極)，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板(正極)，而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個(gè)電子，只能經(jīng)外部電路，到達(dá)燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水(蒸氣)帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動(dòng)機(jī)供電，再經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)橋等帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源!氫燃料電池車的優(yōu)勢毋庸置疑，劣勢也是顯而易見。隨著科技的進(jìn)步，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善，然而成本問題依然是阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大瓶頸。氫燃料電池的成本是普通汽油機(jī)的100倍，這個(gè)價(jià)格是市場所難以承受的。據(jù)悉，這批氫燃料電池車，最大輸出功率高達(dá)60千瓦，燃料消耗僅為每百公里1.2公斤氫氣，大約相當(dāng)于4升93號汽油。英國政府將大力發(fā)展氫燃料電池汽車，計(jì)劃在2030年之前使英國氫燃料電池車保有量達(dá)到160萬輛，并在2050年之前使其市場占有率達(dá)到30%-50%。政府將從2015年起實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車本土化生產(chǎn)，并自行研發(fā)相關(guān)技術(shù)，另外還將建設(shè)氫燃料補(bǔ)給站。目前豐田汽車公司已經(jīng)將燃料電池的成本大幅降低,整車