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燃料動力鋰電池的技術趨勢

鉅大LARGE  |  點擊量:482次  |  2022年06月09日  

道路運輸零排放解決方法-燃料動力電池


2019年六月九日,萬鋼,前部長科技、現在的副主席,我國人民政治協商會議(政協)和我國科學技術協會主席,在一次采訪中說,我國作為世界上最大的汽車商場,準備承擔氫燃料動力電池汽車就像沒有了純電動汽車。是時候考慮建立一個氫社會了,他說。我們要在燃料動力電池的方向上更進一步。


什么是燃料動力電池?


燃料動力電池是一種能量轉換裝置。與鋰離子電池等儲能設備不同,燃料動力電池電堆可以通過電化學反應直接將載氫轉化為電能。另一方面,鋰離子電池要長時間的充電來儲存能量,在行駛過程中要放電來驅動車輛。因此,燃料動力電池汽車的續航里程取決于車上的燃料量,也就是氫儲存箱里能儲存多少氫,就像傳統的柴油機車相同。此外,燃料動力電池汽車有一個小電池組,用于存儲燃料動力電池電池出現的剩余電力,以及從汽車制動中回收的能量,并在必要時與燃料動力電池一起為汽車供應動力。因此,與鋰離子電池相比,燃料動力電池在長距離使用方面具有優勢。


燃料動力電池的技術趨勢

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

隨著2014年豐田燃料動力電池Mirai的高調推出,全球燃料動力電池行業進入了一個新時代。豐田使用的鈦合金雙極板將燃料動力電池堆的功率密度提高到3.1kw/L,并將達到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致更高的材料和表面處理成本。但隨著技術的日益成熟和產值的新增,金屬雙極板有很大的降低成本的空間。


在催化劑方面,鉑仍然是燃料動力電池電化學反應催化劑的重要成分。目前,Pt的行業水平約為0.5~0.7g/kW,而豐田Mirai反應器仍處于領先水平,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展,鉑的用量進一步下降,可能達到當時柴油后處理系統所用鉑的水平。據統計,美國能源部(DoE),基于材料成本在2016年,當燃料動力電池的生產價值達到100000臺/年,占大約40%的電催化劑反應堆成本,所以Pt消費的減少將大大降低反應堆電力成本。


作為氫系統,它已基本覆蓋70mpa氫氣儲罐和氫氣循環泵用于回收排放氫,這一方面提高了系統的燃油經濟性,另一方面,它也有效地使用水從陰極一側的電動反應堆。在空氣系統方面,由于運行壓力的新增有助于提高電抗器的性能,因此對空氣壓縮機的要求越來越高。無油、高壓比、大流量、高效率已成為燃料動力電池空壓機發展的基本要求。典型類型的空氣壓縮機包括根、螺桿、渦輪和渦流。兩級電子渦輪增壓器與空氣軸承配合使用,結構緊湊、壓比高、噪聲低,深受市場歡迎。


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,它們更容易進行燃料動力電池系統集成和儲氫罐的放置。更多的氫可以進一步提高燃料動力電池汽車在長途旅行中的優勢。另外,一般加氫時間為5-10分鐘,更適合長途運輸。與純電動汽車相比,燃料動力電池汽車由于行駛距離遠、加油時間短,在道路運輸方面具有純電動汽車無法比擬的優勢。目前,商用車輛使用的燃料動力電池仍重要是石墨板電抗器。先進的制造工藝保證了反應堆的可靠性和耐用性,同時也降低了主發動機廠的采購成本。此外,燃料動力電池系統的模塊化降低了大規模生產的成本。

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