道路運(yùn)輸零排放解決方法-燃料動(dòng)力電池

2019年六月九日,萬(wàn)鋼,前部長(zhǎng)科技、現(xiàn)在的副主席,我國(guó)人民政治協(xié)商會(huì)議(政協(xié))和我國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主席,在一次采訪中說(shuō),我國(guó)作為世界上最大的汽車商場(chǎng),準(zhǔn)備承擔(dān)氫燃料動(dòng)力電池汽車就像沒(méi)有了純電動(dòng)汽車。是時(shí)候考慮建立一個(gè)氫社會(huì)了，他說(shuō)。我們要在燃料動(dòng)力電池的方向上更進(jìn)一步。

什么是燃料動(dòng)力電池?

燃料動(dòng)力電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。與鋰離子電池等儲(chǔ)能設(shè)備不同，燃料動(dòng)力電池電堆可以通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接將載氫轉(zhuǎn)化為電能。另一方面，鋰離子電池要長(zhǎng)時(shí)間的充電來(lái)儲(chǔ)存能量，在行駛過(guò)程中要放電來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛。因此，燃料動(dòng)力電池汽車的續(xù)航里程取決于車上的燃料量，也就是氫儲(chǔ)存箱里能儲(chǔ)存多少氫，就像傳統(tǒng)的柴油機(jī)車相同。此外，燃料動(dòng)力電池汽車有一個(gè)小電池組，用于存儲(chǔ)燃料動(dòng)力電池電池出現(xiàn)的剩余電力，以及從汽車制動(dòng)中回收的能量，并在必要時(shí)與燃料動(dòng)力電池一起為汽車供應(yīng)動(dòng)力。因此，與鋰離子電池相比，燃料動(dòng)力電池在長(zhǎng)距離使用方面具有優(yōu)勢(shì)。

燃料動(dòng)力電池的技術(shù)趨勢(shì)

隨著2014年豐田燃料動(dòng)力電池Mirai的高調(diào)推出，全球燃料動(dòng)力電池行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。豐田使用的鈦合金雙極板將燃料動(dòng)力電池堆的功率密度提高到3.1kw/L，并將達(dá)到4.0kw/L。更高的功率密度使堆棧更小，更緊湊，更容易安裝。然而，金屬板易腐蝕的特性導(dǎo)致更高的材料和表面處理成本。但隨著技術(shù)的日益成熟和產(chǎn)值的新增，金屬雙極板有很大的降低成本的空間。

在催化劑方面，鉑仍然是燃料動(dòng)力電池電化學(xué)反應(yīng)催化劑的重要成分。目前，Pt的行業(yè)水平約為0.5~0.7g/kW，而豐田Mirai反應(yīng)器仍處于領(lǐng)先水平，Pt的消耗量約為0.3g/kW。隨著新型鉑合金催化劑和碳納米線等催化劑載體的發(fā)展，鉑的用量進(jìn)一步下降，可能達(dá)到當(dāng)時(shí)柴油后處理系統(tǒng)所用鉑的水平。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)能源部(DoE),基于材料成本在2016年,當(dāng)燃料動(dòng)力電池的生產(chǎn)價(jià)值達(dá)到100000臺(tái)/年,占大約40%的電催化劑反應(yīng)堆成本,所以Pt消費(fèi)的減少將大大降低反應(yīng)堆電力成本。

作為氫系統(tǒng),它已基本覆蓋70mpa氫氣儲(chǔ)罐和氫氣循環(huán)泵用于回收排放氫,這一方面提高了系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性,另一方面,它也有效地使用水從陰極一側(cè)的電動(dòng)反應(yīng)堆。在空氣系統(tǒng)方面，由于運(yùn)行壓力的新增有助于提高電抗器的性能，因此對(duì)空氣壓縮機(jī)的要求越來(lái)越高。無(wú)油、高壓比、大流量、高效率已成為燃料動(dòng)力電池空壓機(jī)發(fā)展的基本要求。典型類型的空氣壓縮機(jī)包括根、螺桿、渦輪和渦流。兩級(jí)電子渦輪增壓器與空氣軸承配合使用，結(jié)構(gòu)緊湊、壓比高、噪聲低，深受市場(chǎng)歡迎。

在車輛使用方面，商用車包括卡車和城市公交車，由于有足夠的放置空間，它們更容易進(jìn)行燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)集成和儲(chǔ)氫罐的放置。更多的氫可以進(jìn)一步提高燃料動(dòng)力電池汽車在長(zhǎng)途旅行中的優(yōu)勢(shì)。另外，一般加氫時(shí)間為5-10分鐘，更適合長(zhǎng)途運(yùn)輸。與純電動(dòng)汽車相比，燃料動(dòng)力電池汽車由于行駛距離遠(yuǎn)、加油時(shí)間短，在道路運(yùn)輸方面具有純電動(dòng)汽車無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。目前，商用車輛使用的燃料動(dòng)力電池仍重要是石墨板電抗器。先進(jìn)的制造工藝保證了反應(yīng)堆的可靠性和耐用性，同時(shí)也降低了主發(fā)動(dòng)機(jī)廠的采購(gòu)成本。此外，燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)的模塊化降低了大規(guī)模生產(chǎn)的成本。