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[电池材料] 氢燃料电池--移动的发电厂

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发表于 2015-4-3 20:02:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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加注了足够的氢,行驶过程中做到零排放,这在大约10年前只能是研发人员和汽车使用者的幻想。但实现这一梦想的创新性技术——氢燃料电池,却一直是一种操作起来十分复杂的技术,其成本也远高于预期。
        氢燃料电池技术的领军企业戴姆勒公布了将在2017年使这一技术系列化生产的计划。据戴姆勒负责产品研发的董事Thomas Weber先生介绍:究竟在哪款车型中首先采用这一技术取决于“市场的需求”。他们计划推出的氢燃料电池轿车价格约为6万欧元,与目前的柴油混合动力车的价格基本一致。
        戴姆勒最初计划于2015年在B级轿车中采用氢燃料电池动力。时至今日,戴姆勒在这一项目中的投资已经超过了10亿欧元。戴姆勒、福特和日产三大公司形成的联盟也计划从2017年开始批量生产氢燃料电池轿车。Thomas Weber先生自豪地说道:“利用这一联盟,我们可以共同开发氢燃料电池技术,在全球市场中推广氢燃料电池汽车。这样我们也就能够克服目前产量不高而成本却非常昂贵的问题。”
        戴姆勒、福特和日产组成的联盟创造了具有价格吸引力的前提条件。“研发费用共同分担,我们可以节省大约70%的研发成本。只有三家公司合作才能对某一个车型进行开发,同时对大约10万台的产量做出生产决策。” Thomas Weber先生说。在这样的车辆销售数字面前,氢燃料电池也对供应商们极具吸引力,联盟也可以为其他汽车生产厂商及其供货商们提供更具有价格优势的氢燃料电池产品。
        企业之间组建联盟的优势非常明显,位于加拿大温哥华附近Burnaby市的AFCC公司(Automotive Fuel Cell Corporation)负责生产Stacks氢燃料电池轿车(见图1)。这家公司是戴姆勒、福特和Ballard三家公司参股的企业。
       

氢燃料电池--移动的发电厂

氢燃料电池--移动的发电厂

        图1 氢燃料电池技术在不断的发展,过去必需要用一辆运输车来输送的氢燃料电池设备现在也可以在高档轿车的概念车上实现了

        效率约为80%
        Stacks是一款微型轿车,其储氢罐中的氢与环境空气中的氧在100个紧靠在一起的电池极板—膜之间的化学反应产生电能,从而驱动车辆行驶,且完全没有有害气体排放。由于氢燃料电池中没有机械运动,因此工作时几乎没有声音,最大效率约为80%。其优点是按需发电,无需像电动汽车那样把电能保存在价格昂贵的蓄电池中。充满一次液态氢可以让氢燃料电池轿车行驶大约600km。
        戴姆勒在Nabern市集中精力展开氢燃料电池系统的研发。其作为一套功能性的系统,需要由电力驱动的涡轮压气机向氢燃料电池中输送氧。另外还要有冷却系统,以保持氢燃料电池工作在80~100℃的温度范围内。
        戴姆勒原氢燃料电池项目领导人、Essling高等技术学院汽车技术系的Ferdinand Panik教授说道:“氢燃料电池技术带来了一场彻底的变革,这不仅是汽车驱动技术领域里的变革,而且是燃料和与此相关的加油站等基础设施的系统性变革。”因此,就他的观点来讲,最重要的是要进行“大范围且长期的测试试验与技术改进,以保障氢燃料电池系统在车辆中的性能。”根据他的观点:“为了不给汽车消费者留下隐患,即使将产品投放市场的时间有所推迟,也必须要花一定的时间进行测试。”
       

氢燃料电池--移动的发电厂

氢燃料电池--移动的发电厂
图2 现代汽车集团的ix 35型Fuel Cell氢燃料电池概念车从外形上与传统的现代SUV没有区别,但在轿车的行李箱中安装的却是两个液化氢储藏罐

        从2015年起开始量产
        亚洲的汽车生产厂商现代汽车集团给氢燃料电池带来了很大的推动力,他们计划从2015年起生产氢燃料电池汽车。他们推出的ix 35型Fuel Cell氢燃料电池概念车(见图2)从外观上与传统的现代SUV没有区别。但在轿车的行李箱中安装的却是两个液化氢储藏罐。这家韩国的汽车生产厂商打算把氢燃料电池的生产成本降下来,把氢燃料电池的使用寿命从3000h提高到5000h。这相当于让车辆多行驶20万km。利用100kW的电动机,现代汽车集团生产的氢燃料电池车的最高时速可达160km/h。
        现代汽车集团打算在2015年于韩国蔚山市生产大约1000辆氢燃料电池车。然后逐步把产量提高到年产1万辆。在北欧的哥本哈根和马尔默地区,现代汽车集团组建了拥有近1000台氢燃料电池车的测试车队。目前,本田公司正在开发第三代Limousine FCX Clarity轿车,也将于2015年投放市场。而研发第三代Limousine FCX Clarity轿车的主要目标就是改进氢燃料电池驱动系统的性能,从而降低价格。本田公司和通用公司发布信息表示,今年7月将开始在氢燃料电池研发技术上进行合作,以便实现降低成本和早日投放市场的目的。“无论如何,2020年是氢燃料电池车辆问世的时间。”通用公司的总裁Stephen Cirsky先生说。
        其他汽车生产厂商也不甘落后,丰田公司也加大了对氢燃料电池的研发力度。这家日本公司也打算在2015年时开始批量生产氢燃料电池车和氢燃料电池,并计划每年制造数千辆氢燃料电池轿车。丰田公司打算以一个“消费者能买得起的价格”销售氢燃料电池车辆。宝马公司与丰田公司的合作条约也包括了氢燃料电池项目,只是宝马公司目前好像还没有十足的把握。据宝马公司研发总裁Herbert Diess先生表示,过高的成本和缺少类似加油站的加氢站,是制约氢燃料电池汽车发展的主要阻碍因素。因此,宝马公司预计,2020年前的氢燃料电池技术领域的商机并不多。
        大众集团的领导人Martin Winterkom先生认为,大众集团至少在2015年还无法具备低成本的生产氢燃料电池轿车的能力。但大众集团的开发人员在沃尔夫斯堡参与了氢燃料电池汽车的研发。大众集团和集团下属的子公司奥迪公司都在测试氢燃料电池汽车。大众集团的研发领导人Ulrich Hackenberg先生认为氢燃料电池技术的开发是大众集团针对未来汽车行业的一个重要的研发项目。2014年3月初,大众集团与加拿大专门生产氢燃料电池的企业Ballard公司签署了一份合同,从这1亿美元的项目合同中可以非常清楚地看出,在沃尔夫斯堡工作的开发人员不愿在这一技术领域中落后。
       

氢燃料电池--移动的发电厂

氢燃料电池--移动的发电厂

        图3  研发样车F125配用的是所谓的“结构化的氢燃料储存器”,该车在充满液态氢的前提下可以完全无排放地行驶1000km

        鸡和蛋的问题
        一些汽车制造商表示,只有建设了足够的加氢站才会启动氢燃料电池汽车的大批量生产,但加油站运营商的看法却正好相反。目前,德国境内有14处正在运行的加氢站,联邦政府资助了2000万欧元,并计划将加氢站的数量扩大到50处。但根据专家的预测,想要大量的供应液化氢,需要在德国建造超过1000处加氢站。
        另一方面,氢燃料电池驱动技术的使用者在谈到未来时说:“氢是一种取之不尽的燃料,而古生物化石燃料的储量则是有限的。氢燃料电池驱动技术有可能率先出现在高档车辆中,因为高档车的消费者更愿意为新技术买单。”梅赛德斯-奔驰公司已经在豪华轿车中采用了型号为F125的氢燃料电池(见图3)。
        这使得混合动力车的未来更为明朗,这种技术利用价格不菲的替代燃料实现了长距离的行驶,而且其在短距离行驶时的成本也并不低廉,但可以实现尾气的零排放。对于德国的豪华轿车生产厂商来讲,装备氢燃料电池是一个使自己的产品满足欧盟二氧化碳排放标准的极为有效的途径。使用氢燃料电池不仅解决了车辆行驶中的能源问题,而且这种车辆还是车库里的一个小型发电站,它在晚上可以用来供电,而在白天,驾驶员可以开着它带自己到任何想去的地方。
        当德国公路上行驶的几千万台轿车都成为这样的氢燃料电池发电厂时,或许人们真的可以关闭大型发电站了。但实现这个理想的前提条件就是液态氢的足量供应。液态氢是氢燃料电池的燃料,它必须利用可再生的能源和材料制造。在未来的德国综合能源系统中,风能和太阳能将会是液态氢供应商在生产过程中主要依赖的能源。驱动车辆、对座舱进行制冷和供暖、车辆内外部照明,甚至是作为发电设备给住宅供电——未来成熟的氢燃料电池技术能够帮您实现这一切。
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