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燃料電池氫能汽車將更具前景

更新時(shí)間:2018-04-17點(diǎn)擊次數(shù):2606

世界人口稠密地區(qū)的生態(tài)環(huán)境變差、氣候變暖,在汽車上推廣“清潔技術(shù)”以及成為燃眉之急!

性能良好、污染較少、成本低廉而又便于運(yùn)輸和保存的代用燃料,成了“清潔汽車”的shouxuan。

作為傳統(tǒng)汽車的代用燃料,有甲醇、乙醇、生物燃油等。它們在發(fā)動(dòng)機(jī)上的使用,降低了汽車的有害排放。

但是,上述汽車代用燃料的生產(chǎn)原料還存在問題。比如,大規(guī)模地利用植物生產(chǎn)乙醇、生物燃油,會引發(fā)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上漲。而采用煤炭提取甲醇又會加劇環(huán)境污染,并且甲醇本身具有一定的毒性。

因此,采用電能來驅(qū)動(dòng)汽車,成了一種重要的減少汽車排污的途徑。它主要通過兩種*不同的方式來實(shí)現(xiàn):依靠車載裝置獲得電能或者通過外部電源對車載蓄電池進(jìn)行充電。目前,許多汽車生產(chǎn)廠家分別采取這兩種方案,生產(chǎn)出了混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。

電動(dòng)汽車具有排污少,噪音低特點(diǎn)。但是,電動(dòng)汽車只能看作是傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向“清潔汽車”的一個(gè)過渡。因?yàn)檫@兩種方案都基于蓄電池,要想大規(guī)模地推廣電動(dòng)汽車還面臨著許多問題。

一些電動(dòng)汽車上所使用的鉛酸蓄電池,使用壽命短(使用不了4年)、能量密度低(30~40W.h/kg)、充電時(shí)間長(幾乎要12個(gè)小時(shí))。

而鋰離子電池的電容量能達(dá)到3860A.h/kg,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電容量僅為260 A.h/kg的鉛酸蓄電池,并且在大電流情況下工作時(shí)表現(xiàn)良好,自放電率也較低(每月不超過5%~10%)。因此,僅幾年來發(fā)展較快。

不過,雖然鋰離子電池的某些性能超過鉛酸蓄電池,但是它也存在著一系列不足。

首先,鋰具有較高活性,在高負(fù)荷工況下可能發(fā)生爆炸。因此,現(xiàn)在鋰離子電池使用的都是鋰的化合物,這自然降低了它的能量密度。

其二,鋰離子電池目前的價(jià)格還很高。不過,專家們已經(jīng)找到了一些降低其成本的有效方法。比如,把鋰離子電池的鈷電極換成錫電極,此舉能把成本降低一半,并把電池電容量增大50%,同時(shí)充電時(shí)間也大為縮短,在低溫工況下的表現(xiàn)良好。重要的是,這種鋰離子電池的價(jià)格,不會超過汽車價(jià)格的10%~15%。這就意味著,鋰離子電池電動(dòng)汽車在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),有望與傳統(tǒng)汽車的價(jià)格相差無幾。

在汽車展上,不斷涌現(xiàn)的電動(dòng)汽車,證實(shí)了世界各國汽車公司都在關(guān)注電動(dòng)汽車的研發(fā)。就連在金融危機(jī)陰影籠罩之下的2009美國底特律汽車展上,世界各大汽車廠家都紛紛推出了不少新的電動(dòng)汽車。

大多數(shù)電動(dòng)汽車使用家用的220V電壓電源充電,一些電動(dòng)汽車的充電時(shí)間只需要10分鐘,各項(xiàng)技術(shù)性能已毫不遜色于傳統(tǒng)汽車。

而且電動(dòng)汽車幾乎要比傳統(tǒng)汽車少耗能一半。一輛轎車的百公里油耗為8L左右(32kW.h),而一輛電動(dòng)轎車百公里的能耗為15~20 kW.h。

一些人擔(dān)心的是,隨著電動(dòng)汽車保有量的增長,用電量將會急劇上升。不過,可以部分有效使用夜間的“谷電”,減少電網(wǎng)峰值負(fù)荷。

重要的是,推廣電動(dòng)汽車必須大力建設(shè)配套的充電設(shè)施,而眼下一些大城市實(shí)際上并不具備承受傳動(dòng)汽車大量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)汽車的能力。許多居民區(qū)使用的是鋁芯電線,而高壓輸電線和變電站不進(jìn)行大規(guī)模改造就不能保證為大量的電動(dòng)汽車充電。

許多專家認(rèn)為,燃料電池汽車將更具前景。因?yàn)槿剂想姵氐臍淠苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能時(shí),有效率達(dá)到60%。而渦輪增壓柴油機(jī)的能量轉(zhuǎn)化有效率不超過50%,汽油發(fā)動(dòng)機(jī)更是只有30%。并且燃料電池實(shí)現(xiàn)了*。

目前,已經(jīng)有多種燃料電池面世,比如固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,簡稱SOFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane ,簡稱PEM)、磷酸燃料電池((Phosphoric Acid Fuel Cells, 簡稱PAFC)以及堿性燃料電池(alkaline fuel cell,簡稱AFC)。

其中,質(zhì)子交換膜燃料電池能量轉(zhuǎn)化有效率高達(dá)60%以上,工作溫度只有100℃,而且結(jié)構(gòu)相對簡單,比較適合用作轎車動(dòng)力裝置。

它的兩極涂有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑(通常是白金),氫被分解后的氫質(zhì)子直接穿過交換膜,而電子只能通過外部電路達(dá)到陰極,從而形成了直流電流,為車輛電機(jī)提供電能。而且氫燃料電池zui后排放出來的只有水和蒸汽,非常環(huán)保。

但氫燃料的化學(xué)活性較高,缺點(diǎn)不少。比如,它與氧氣混合之后容易遇火爆炸、肉眼無法觀察到它的燃燒火焰、泄漏之后會破壞臭氧層等等。不過,這些缺點(diǎn)已經(jīng)可以通過一定的技術(shù)*避免。

氫燃料還有熱值高、原料廣的優(yōu)勢。1kg氫燃料的能量,是1kg汽油的2.8倍。地球上存儲豐富的水資源,可以用來大量制取氫燃料。

制取氫燃料的方法有多種,比如電解水、甲烷催化、生化反應(yīng)等等。

那么究竟何種方法呢?這取決于原料成本、生產(chǎn)成本以及工藝的環(huán)保性。同時(shí),氫燃料同傳統(tǒng)石油制品的競爭能力將受到油價(jià)波動(dòng)的影響。

2008年上半年世界原油價(jià)格為120~140美元/桶,而到了2009年初時(shí)又降至40美元左右/桶。在世界經(jīng)濟(jì)走出金融風(fēng)暴影響之后,原油價(jià)格有望走高。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測,到2020年時(shí),原油價(jià)格將會達(dá)到100~200美元/桶(約合0.44~0.8美元/kg)。

1kg氫燃料的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1kg汽油的價(jià)格。但是考慮到燃料電池的能量轉(zhuǎn)換有效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī),因此無論是氫燃料還是汽油,其單位能量的價(jià)格實(shí)際上是很接近的。

如果再考慮石油開采、加工及成品油儲運(yùn)對環(huán)境的污染,那么使用氫燃料是更佳的選擇!

zui為經(jīng)濟(jì)的是燃料電池使用通過電解水、甲烷催化、煤炭氣制取的氫氣。燃料電池使用通過風(fēng)能發(fā)電電解水和固定電站發(fā)電電解水,不太合算。

如果未來汽油價(jià)格大幅上揚(yáng),那么燃料電池汽車選擇采用不同技術(shù)生產(chǎn)的氫燃料的范圍就被拓寬了。

而另一方面,燃料電池所用的白金用量在不斷減少,從而降低了燃料電池的成本。在白金用量減少到0.8g/kW時(shí),燃料電池的成本也相應(yīng)降到了100~120美元/kW。

當(dāng)燃料電池的成本進(jìn)一步降低到50~80美元/kW時(shí),它將具有內(nèi)燃機(jī)無可比例的優(yōu)勢。

毫無疑問,屆時(shí)它將逐漸取代內(nèi)燃機(jī)!

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