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美國研發的新燃料動力電池功率新增10倍

鉅大LARGE  |  點擊量:723次  |  2021年12月22日  

假如你想開上電動汽車進行長途旅行,就要一部燃氣驅動的發電機,就像雪佛蘭?福特中(ChevroletVolt)的那種,這樣才能延長它的行駛里程。問題是,它用這樣的發電機運行,并不比傳統汽車更加有效率。事實上,它的效率甚至更低,因為它有一個沉重的電池組,帶起來很費力。


現在,美國馬里蘭大學(UniversityofMaryland)的研究人員開發出一種燃料動力電池,更為有效,可以替代汽油發電機。就像所有的燃料動力電池相同,它發電依靠的是化學反應,而不是燃燒燃料,而且發電效率兩倍于內燃發電機。


研究人員的燃料動力電池大大改進了版本,這種型號有一種陶瓷固體電解質(solidceramicelectrolyte),而且被稱為固體氧化物燃料動力電池(solid-oxidefuelcell)。不同于汽車中常用的氫燃料動力電池,固體氧化物燃料動力電池的運行可以采用多種現成燃料,包括柴油,汽油和天然氣。它們已經被用于給建筑物發電,但都認為在汽車中使用不切實際,因為它們太大,也因為它們運行溫度非常高,通常大約要900攝氏度。


通過開發新的電解質材料,改變電池設計,研究人員制成的燃料動力電池更加緊湊。它可以出現10倍以上的功率,這是比較同樣尺寸的傳統電池而言,而且可以比汽油發動機更小,同時出現同樣的功率。


研究人員也降低了燃料動力電池的運行溫度,降低了幾百度,這就使他們可以使用更便宜的材料。“這是一個巨大的成本差異,”埃里克?瓦西門(EricWachsman)說,他是馬里蘭大學能源研究中心主任,領導這項研究。他說,研究人員已經確定了一些簡單的方法,可以提高輸出功率,進一步降低溫度,使用的一些方法在實驗室已經顯示出可喜的成果。這些進展可使成本降低到某一點,這樣它們就可與汽油發動機競爭。瓦西門說,他正處在早期階段,要開辦公司,商業化這項技術。

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瓦西門的燃料動力電池目前運行在650攝氏度,而他的目標是降低到350攝氏度,以用于汽車。隔離燃料動力電池并不難,因為它們很小,一個足夠大的燃料動力電池組,要驅動汽車,只要10厘米的邊長。高溫是一個更大的問題,因為這就要在設備中使用昂貴的耐熱材料,也因為加熱電池達到工作溫度,要較長的時間。降低溫度,瓦西門就可以使用較便宜的材料,而且可以減少電池啟動所要的時間。


即使有了這些進步,燃料動力電池仍然不會很快上場,而汽車每次短途行駛,開關電池都會導致很大的磨損,這會減少它的壽命。相反,它會搭配電池組,就像福特中的內燃機那樣,瓦西門說。這樣,燃料動力電池的運行就可以更平穩,有助于保持電池的優勢,不會出現突然發力加速。


研究人員取得他們的成果,重要是因為改進了固體電解質材料,這些材料就在固體氧化物燃料動力電池的核心。在傳統的燃料動力電池中,電解質要足夠厚,以供應結構性支持。但電解質的厚度限制了發電量。在過去的幾年中,研究人員一直在開發一些設計,這些設計不要電解質支持電池,這樣,他們就可以使電解質更薄,在較低溫度下獲得很高的輸出功率。馬里蘭大學的研究人員使這一步邁得更大,他們開發出新的多層電解質,提高的輸出功率還要多。


這項工作是美國能源部更大項目的一部分,在過去十年中,這一項目就是使固體氧化物燃料動力電池可以進行實際運輸。這項工作的第一個成果,可能不會是轎車中的燃料動力電池,到目前為止,瓦西門只制作出相對較小的燃料動力電池,而重大的工程工作仍有待完成。首次應用固體氧化物燃料動力電池的車輛,可能會是長途卡車,這種卡車的駕駛室帶臥鋪。


設備供應商如德爾斐公司(Delphi)和康明斯公司(Cummins)正在開發的燃料動力電池,可以驅動駕駛室內的空調、電視和微波爐,有望削減85%的燃料消耗,這是比較空轉的卡車發動機而言。德爾斐公司的系統還采用了一種設計,可適用更薄的電解質,但運行溫度高于瓦西門的燃料動力電池。燃料動力電池可以在星期一開啟,讓它低速運行一周,仍然可以減少85%的能耗。德爾斐公司已經制成一個原型,而且計劃明年演示安裝在卡車上的系統。

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