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氢燃料电池:人类历史上的第四种稳定发电技术

19-01-20 16:13 14901次浏览
大白杨
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氢燃料电池:燃料电池技术被称为继水电、火电和核电发电之后的人类历史上的第四种稳定发电技术。



中国离“氢能社会”还有多远?


据国际氢能委员会预计,到2050年氢能可以满足全球能源总需求的18%或全球一次能源总需求的12%,氢能及氢能技术相关市场规模将超过2.5万亿美元。并有专家认为,未来我国氢能源及燃料电池产业将实现技术快速进步,大量创新成果爆发式涌现,氢能实现可持续开发,最终形成“氢能社会”。

那么,氢燃料作为当前国际新能源 领域探索的重点方向之一,我国在氢燃料研究现状如何?氢燃料又有着哪些优势和应用领域?氢燃料技术 开发的难度在哪里?10月17日,科技日报记者采访了相关专家和业界人士。

“随着化石能源的日益匮乏,大气质量的日益恶化,全球能源结构亟待改善。新能源的开发和使用成为国际必然的趋势。其中,氢能作为一种典型的新能源形式,具有无污染,热值高, 重量轻,资源丰富等优势,被看作21世纪最有希望为人类提供可持续发展动力的清洁能源。”东南大学副教授范奇在接受记者采访说。

从事氢燃料技术研究与开发的南京大学研究员顾军告诉记者,氢能技术应用广泛,不但可以为汽车、轮船和飞机等交通工具提供动力,还可以为手机、电脑、工厂及家庭提供稳定、高效、无污染电源。目前,氢能技术的应用主要集中于燃料电池新能源汽车。丰田,本田,现代等公司已经发售了多款燃料电池汽车。

如,丰田Mirai,本田Clarity,现代 ix35 和NEXO等车型。国内氢能行业也逐渐趋于火爆,各大车企及新能源公司都大力研发燃料电池汽车。同时,国家也出台了各项政策以推动燃料电池新能源汽车的发展。国内燃料电池行业进入了前所未有的发展热潮。

顾军还介绍,从国内燃料电池行业整个供应链来看,上游和中游的发展基本趋于成熟。例如,质子交换膜,催化剂,双极板,电堆的设计研发以及整车技术等。部分企业也具有相应的自主生产能力。截至目前,工信部公布了多批燃料电池汽车车型。目前,某些地区也逐渐进入到燃料电池汽车示范阶段,如北京,上海,张家口,佛山,郑州,武汉等城市。

但在安徽元隽氢能源研究所有限公司总经理李海滨看来,相比纯电动和插电式混合动力汽车,燃料电池汽车在我国的推广应用情况并不理想,尽管在补贴政策上仍然坚持对燃料电池汽车补贴不退坡。其主要原因之一就是加氢站等基础设施还不完备。同时,高纯度氢气的制备和储存策略还有待改善。

“目前,主要储氢方式为35MPa压缩气态储存,这种方式存在储氢容量小的问题。对于制氢,为了降低成本,可以利用氯碱化工 、天然气化工等富产氢工业的副产品,加以提纯获得纯氢。此外,一个较好的替代选择就是采用甲醇重整制氢的方式。甲醇在常温下就为液态,储运方便,安全,且能量密度比氢气高,也能有效实现大规模应用。这是一个值得关注的解决方案。”李海滨说。

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大白杨

19-01-20 16:56

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2016年光伏太阳能电池在A股第一次爆发( 600151  航天机电)
 
大白杨

19-01-20 16:48

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000969  安泰科技(安泰环境 )燃料电池关键材料:气体扩散层、金属双极板
 
  
  
  
  
  
 

◇000969 安泰科技旗下的安泰环境生产的:气体扩散层、金属双极板(在氢燃料电池发动机的成本占比29%)。
大白杨

19-01-20 16:27

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燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。 

航天领域

20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的"阿波罗"飞船就

安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,很快,氢燃料电池就被运用于发电和汽车。
大型电站,无论是水电、火电或核电,都是把发出的电送往电网,由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同,电网有时呈现为高峰,有时则呈现为低谷,这就会导致停电或电压不稳。另外,传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上,燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电,是将燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,能量转换率可达60%~80%,而且污染少、噪音小,装置可大可小,非常灵活。

氢的化学特性活跃,它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后,形成一种金属氢化物,其中有些金属氢化物的氢含量很高,甚至高于液氢的密度,而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解,并把所吸收的氢释放出来,这就构成了一种良好的贮氢材料。

汽车应用

20辆中国自主研制的氢燃料电池轿车在同济大学新能源汽车工程中心举行赴京发车仪式,它们将在奥运会中投入运营。这20辆氢燃料电池轿车是基于大众帕萨特领驭车型,通过改制和集成最新一代燃料电池轿车动力系统平台而成功研发出来的。它们以氢气为能源,经氢氧化学反应生成水,真正实现零污染。氢燃料电池轿车加一次氢可跑300多公里,时速达每小时140~150公里。氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重200多公斤,贵5倍以上。

氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比,燃料电池车能量转化效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车,氢燃料是完美的汽车能源!

氢燃料电池车的优势毋庸置疑,劣势也是显而易见。随着科技的进步,曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善,然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍,这个价格是市场所难以承受的。
据悉,这批氢燃料电池车,最大输出功率高达60千瓦,燃料消耗仅为每百公里1.2公斤氢气,大约相当于4升93号汽油。
英国政府将大力发展氢燃料电池汽车,计划在2030年之前使英国氢燃料电池车保有量达到160万辆,并在2050年之前使其市场占有率达到30%-50%。政府将从2015年起实现氢燃料电池汽车本土化生产,并自行研发相关技术,另外还将建设氢燃料补给站。
目前丰田汽车公司已经将燃料电池的成本大幅降低, 整车价格控制在6.9万美元(40万人民币), 可提供100KW动力输出, 续航能力达到700公里. 并将在北美和日本本土上市, 上市时间为2015年上半年.

飞机应用

燃料电池(Fuel Cell),是一种发电装置,但不像一般非充电电池一样用完就丢弃,也不像充电电池一样,用完须继续充电,燃料电池正如其名,是继续添加燃料以维持其电力,所需的燃料是"氢",其之所以被归类为新能源,原因就在此。燃料电池的运作原理(如图1),也就是电池含有阴阳两个电极,分别充满电解液,而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由燃料电池的阳极进入,氧气(或空气)则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用,使得阳极的氢分子分解成两个质子(proton)与两个电子(electron),其中质子被氧‘吸引‘到薄膜的另一边,电子则经由外电路形成电流后,到达阴极。在阴极催化剂之作用下,质子、氧及电子,发生反应形成水分子,因此水可说是燃料电池唯一的排放物。燃料电池所使用的"氢"燃料可以来自于水的电解所产生的氢气及任何的碳氢化合物,例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、沼气等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应,产生电流及水,不但完全无污染,也避免了传统电池充电耗时的问题,是目前最具发展前景的新能源方式,如能普及并应用在车辆及其他高污染之发电工具上,将能显著减轻空气污染及温室效应。

国际能源机构说推广使用氢气和氢燃料电池,可减少石油、天然气、煤炭这三种可产生温室气体的能源消耗。
大白杨

19-01-20 16:22

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燃料电池与锂电池并行不矛盾:燃料电池替代方向是柴油车,锂电池替代方向是汽油车 。 
大白杨

19-01-20 16:21

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燃料电池核心的材料是质子交换膜、催化剂、气体扩散层、以及双极板。质子交换膜、催化剂和扩散层经过一定的工艺加工成膜电极(MEA)。 
 
大白杨

19-01-20 16:16

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提示:这只是一个记录2019年有关氢燃料电池大事件的帖子,上述标的只是一种记录(不代表个股推荐
大白杨

19-01-20 16:14

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