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氢燃料电池汽车知识大全及八大车企的市场布局简况

导读: 氢燃料电池,即使用氢气作为燃料,利用电解水的逆反应产生电能的一种燃料电池。相比于纯电动车的充电时间来说,燃料电池加注氢气的时间很短,几乎与内燃机汽车添加燃油时间相当,大约在3-5分钟左右,目前,世界范围内涉足燃料电池的汽车企业可以分为三类:

  一、基本概念

  氢燃料电池,即使用氢气作为燃料,利用电解水的逆反应产生电能的一种燃料电池。其工作原理是将氢气送到电池的阳极板,通过催化剂的作用,氢原子变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子,其中氢离子通过电解质到达阴极板,而电子通过外部电路形成电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。因此,仅需不断给阳极板供应氢气并及时把水带走,氢燃料电池就可以不断提供电能。

  二.、氢燃料电池的优点

  一是易于获得、可再生。氢气来源极其广泛,氢是宇宙中最常见的元素,氢及其同位素占到了太阳总质量的84%。但氢分子在地球上不是以天然的气体存在,大部分氢结合氧存在水中。制氢的能源和燃料有多种来源,如天然气、煤、核能、太阳能、风能、生物燃料、地热等。

  二是能量转换效率高。由于燃料电池是化学能直接转换为电能,相比内燃机的燃烧过程,不会产生大量废气与废热。在各种发电方式中,传统火力发电效率在30%左右,远低于燃料电池平均的50%效率。而在汽车领域的应用中,燃料电池的效率可达60%,也高于目前汽车普遍使用的内燃机效率。氢燃料电池汽车百公里消耗氢气约1kg,换算成油耗约为3.5升/百公里。比起纯电动汽车来说,氢燃料电池汽车的续航里程更长,更能胜任长途出行。

  三是加注氢气时间短。相比于纯电动车的充电时间来说,燃料电池加注氢气的时间很短,几乎与内燃机汽车添加燃油时间相当,大约在3-5分钟左右。丰田Mirai的储氢罐可以储藏5kg氢气,续航里程为500公里,储氢罐充满时间只有3-5分钟。而特斯拉续航400km,快充状态20分钟充到80%,再过20分钟才能充满。目前锂电池技术支持的充电速度是氢燃料电池汽车的4倍以上。

  四是排放物无污染。氢燃料电池的燃料为纯净无污染的氢气,相对其他燃料而言,排放物中不存在污染物,只有水,也不会对环境温度造成影响。

  三、燃料电池的缺点

  一是氢气制备的高污染高能耗。目前制造氢气有两种常用方式:电解和甲烷转化。电解水系统的能量转化效率不高,只有80%;主流制氢方式是采用甲烷转化,美国95%的氢气通过这种方法来制造,但甲烷转化可能对环境产生更严重的影响,甲烷的温室效应是二氧化碳的86倍。在整个制氢技术中,越低碳的制氢方式,将越受到青睐,虽然未来可能直接利用太阳能、风能等绿色能源制取氢气,但在前期氢能源的普及过程中,还会大量使用并依赖化石燃料制氢的方式。

  二是燃料电池催化剂成本高。燃料电池汽车使用的是质子交换膜电池(PEMFC),由于其使用昂贵的铂族金属作为催化剂,价格一直居高不下。丰田通过将铂金属镀到催化剂的表面,大幅度降低了铂金属的使用量。随着铂使用剂量逐步降低,燃料电池的成本下降很快。巴拉德动力系统已开发出第7代燃料电池电堆HD7,成本比上一代减少75%。根据美国能源部数据,2012年交通运输用燃料电池的成本为47美元/千瓦,比2002年下降了83%,且在逐年的下降中,成本价已接近美国能源部设定的2017年的目标价30美元/千瓦。目前还没有找到比铂金属更合适或者与铂金属相当的替代材料。

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