理论教育 氢燃料电池汽车的主要优势

氢燃料电池汽车的主要优势

时间:2023-05-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:基本优点装备以质子交换膜为代表的氢燃料电池汽车的主要优点,在很大程度上归功于燃料电池非常理想的工作原理(机理)。从这个角度上来看,大力发展氢燃料电池汽车也是我国破解能源困局的有效之策和重要举措。这也就是说,氢燃料电池汽车的续驶里程并不取决于“电池”,而取决于车载储氢罐所存储氢的多少。因此氢燃料电池汽车的安全性基本上与传统汽车相当,并无特别之隐忧。

氢燃料电池汽车的主要优势

(1)基本优点

装备以质子交换膜为代表的氢燃料电池汽车的主要优点,在很大程度上归功于燃料电池非常理想的工作原理(机理)。可以说,它在保持和扩大纯电动汽车优势的同时,又摈弃了后者固有的缺陷和不足。

①极好的环保性。就车辆本身而言,在行驶过程中,只排放纯净水而无其他任何有害物质;同时,这也很符合大自然的循环规律。汽车运行工作的副产品——水,虽然以目前的状况看,汽车使用者还不能直接回收利用,但排入大自然总归还是要被利用(例如再次电解水制氢等)。从能源的全寿命周期看,如果汽车使用的氢燃料是来自工业废气等副产品以及通过可再生清洁能源而制取,那么车辆总的排放污染也是很低、很少的。在全球环境污染加剧、气候变化异常的严峻局面下,促使人们现在把发展新能源汽车的目光聚焦到氢燃料电池汽车上,说到底是更看重其卓越出众的环保性。

②能源效率特别高。从车辆的动力装置——氢燃料电池的工作原理来审视,它产生的动力不经热机过程,不受热力循环限制,基本上没有热释放和热能损失。因此,能源转换效率高达60%~70%,甚至更高,大致是内燃机的2~3倍。从这个角度上来看,大力发展氢燃料电池汽车也是我国破解能源困局的有效之策和重要举措。

③氢能资源丰富。向燃料电池提供的燃料——氢,来源和分布都十分广泛,理论上讲,在宇宙质量中,约有75%的氢元素。地球上的氢也几乎无处不在,无处不有,制取氢的资源丰富,途径多样,亦可谓取之不尽,用之不竭。从现实可采用的技术手段上讲,既可以用包括风能太阳能等清洁可再生能源电解水制氢,也可利用光直接解水制氢、阳光生物(例如仿照植物光合作用)制氢、废物利用制氢等。

④乘坐舒适度高。燃料电池汽车与传统汽车相比,动力系统不存在机械振动热辐射等问题,不仅可保证汽车有关零部件有更长的使用寿命和更高的可靠性,而且汽车运行平稳,噪声小,汽车的舒适性极佳。(www.daowen.com)

(2)与纯电动汽车相比的独特优点

基于燃料电池工作原理的科学、合理性,氢燃料电池汽车就从根本上避免了纯电动汽车的若干重大缺陷,例如续驶里程局限和易着火的安全隐患等。

①续驶里程的局限小,补充能量快。前面已经提到,纯电动汽车的续驶里程之所以较短,在于其蓄电池存储的能量有限。而燃料电池汽车的所谓电池,只“发电”并不蓄电,装在储氢罐(或容器)里的氢才是车辆存储的能量,只要将氢源源不断地提供给燃料电池,驱动系统就能获得足够的电能而驱动汽车行驶。这也就是说,氢燃料电池汽车的续驶里程并不取决于“电池”,而取决于车载储氢罐所存储氢的多少。据有关科技资料显示,氢的能量密度很高(大致为1 kW·h/kg),大约是汽柴油的2~3倍,车载锂离子电池的10倍;5kg的氢储量可支持氢燃料电池汽车连续行驶400km以上,而要达到相同的里程数,纯电动汽车则要搭载约半吨多重的锂离子电池。相比之下,氢燃料电池堆则要轻很多。由此可见,纯电动车上的能量有很多都被电池的自重消耗掉了,很不经济,也不科学合理(见2014年7月18日《中国工业报》)。氢燃料电池汽车除上述的独特优点外,其补充能量的速度也很快,几分钟之内,就能给储氢罐充满至达到最大续驶里程(400km乃至更多)的氢气量,与传统汽车加油一样方便快捷。而如前所述,纯电动汽车“慢速充电”需要7~8h,“快充”也要30min,充一次电也只能连续行驶150~200km。通过这种对比,还使人们看出一个重要问题,就是在推广普及纯电动和氢燃料电池汽车时都需要建立基础设施的情况下,氢燃料加注站的设置密度要比纯电动汽车充电站的设置密度低很多,这将会带来一系列的节约,产生积极的社会效应。

②电池安全性高,对环境友好。氢燃料电池由极板夹着很薄的电解膜构成。在电解膜一侧的阳极上,氢被诸如铂一类的催化剂分解为电子与质子。质子可以穿过电解膜,与空气中的氧生成水蒸气排出,而电子则统统被电解膜拦下,集中起来生成电流。这一过程是在物质的原子水平上发生的,从理论上讲,基本没有热辐射,就是在实际的应用工作过程中,电池的温度最高也不会超过100℃,如果再采取一些冷却措施,则温度会更低。由于燃料电池失能甚微,即使隔膜裂了也不会发生爆炸。加之电池组件是由固态材料构成,从根本上避免了类似于纯电动汽车因电池热失控和溶液(剂)泄漏等而导致的安全隐患,可获得更高的安全性。要说氢燃料电池汽车在安全方面还有什么薄弱环节的话,储氢装置(或容器)可算得上是一个需要认真对待的问题(下面将涉及),但已经有比较成熟的技术可以应用。因此氢燃料电池汽车的安全性基本上与传统汽车相当,并无特别之隐忧。关于氢燃料电池在全寿命周期内对环境的影响,就整体而言,其构成材料基本上没有毒性,在制备、使用和回收处理环节,不存在对环境的污染问题。当然,这主要还是理论认识。在世界范围内,氢燃料电池汽车尚处在少量示范运用的阶段,积累的实践经验尚少,若大量使用时,燃料电池究竟对环境是否会产生明显的负面影响,还要由实践来回答。

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