技术研发

众宇动力的燃料电池技术主要基于两个平台:风冷电堆平台和液冷电堆平台。公司在这两个成熟的技术平台之上可以开发许多不同的产品和解决方案服务不同行业与用户。

技术问答

什么是氢气?

    氢气是宇宙中储量最丰富的物质,占了宇宙化学元素重量的75%。氢气是世界上已知的最轻和最简单的燃料。虽然氢气因为极小的密度在大气中含量及其稀少,但是氢气是地壳中第三丰富的元素,大多数是以化合物的形式存在,例如碳氢化合物和水。我们很容易利用一些成熟的技术将氢气从这些化合物中提取出来。 在这些技术中,化石燃料的化学重整制取了目前全球约90%的氢气,剩余的大多用电解的方法制取。利用可再生能源例如太阳能风能来制取氢气,以及利用生物科技制取氢气被认为是未来的终极解决方案。每种制氢方法现阶段都有其优缺点,最好的选择需要根据地点的经济特性决定。

    氢气的化学性质非常活泼,属于易燃气体,其爆炸极限为4%-75%。氢气在工业上被广泛使用,例如石油精炼、玻璃生产、合成氨、大型发电机组冷却剂、半导体工业、航空航天工业等。

什么是燃料电池?

    燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的装置(对质子交换膜燃料电池来说,燃料是氢气),根据这点,它其实可以被称为是一种发电机。燃料电池的核心是膜电极,包含扮演着电解质角色的质子交换膜和其两侧的催化电极。燃料电池工作的时候,氢气和空气中的氧气被分别引入阳极和阴极。在阳极,催化剂使得氢气裂解成质子和电子,质子然后穿过离子膜到达阴极;电子则从外电路到达阴极,形成直流电;都到达阴极后,质子和电子,还有氧气一起形成水,也就是燃料电池运行的唯一产物。

    对这项技术不太熟悉的人往往有时候会混淆燃料电池和普通蓄电池。的确,燃料电池在某些方面很像蓄电池,但是它的燃料(化学能)不是存储在电池内部的,而是从外部供给的,它本身其实只是一个发电机。因此,燃料电池没有所谓的“充电”这一概念。当没有燃料后,我们只需给电池加注燃料它就可继续运行。这一和内燃机相似的特点是燃料电池和蓄电池相比最大的优点。目前,给燃料电池汽车加氢的时间和给普通汽车加油的时间相比差不多,但是给纯电动汽车充电则至少要花费数个小时时间才能达到同样的行驶里程。

   一个燃料电池单电池在正常工作情况下只能产生小于1V的电压,远不够驱动汽车或者备用电源系统。因此,许多电池必须被连在一起形成电堆。电堆产生的能量取决于电池面积大小和电池数量。质子交换膜燃料电池引起广泛关注是因为它的简单结构、适用范围、快速启动并在几乎所有领域都有成功应用的示范等特点和事实,包括便携电源,汽车,固定电站等。氢燃料电池被普遍认为是我们这个世纪高涨能源需求的答案之一。



使用燃料电池有什么好处?

高效率:燃料电池的效率可以超过内燃机的两倍。 

洁净:除了电能和热能,燃料电池只生成纯净水,没有二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物和硫化物。另一方面,和铅酸蓄电池以及锂电池不一样,燃料电池的后处理简单,不会破坏我们的地下水和土壤。 

安静:几乎没有移动部件,没有振动,非常小的噪音。 

可靠性:电池没有机械磨损,没有关键部件需要定期更换。燃料电池一般不会突然损坏中断输出。 在没有被使用时没有自放电现象(没有所谓的货架寿命)。 和蓄电池相比,拥有更广的工作温度范围和环境适应能力。 

高能量密度:根据所携带燃料的量的不同,质子交换膜燃料电池可实现数倍于目前所有主流蓄电池(包括锂电池)的能量密度。

我们从哪里获取氢气来运行燃料电池呢?

        纯氢在自然界中不存在,但是可以很容易使用一些已经成熟的技术来获取,例如对一些常见的碳氢燃料进行重整反应后制取氢气,这些燃料包括甲烷(天然气)、丙烷、甲醇、乙醇、甚至是生物燃油。如果氢气从这些化石能源中获取,再进入燃料电池中发电,这整个过程中相当于也排放了二氧化碳,但是由于燃料电池效率很高,这时的二氧化碳排放量仍然远少于在内燃机中直接燃烧这些燃料再进行发电。根据使用场景的不同,氢气可以被保存在压缩气瓶内,或金属氢化物,或者化学氢化物内,在需要的时候使用。氢气也能够利用富余的太阳能或风能来进行电解水制氢,这被认为是化石能源储量逐渐减少之后的终极能源解决方案。从短期来看,氯碱化工、磷化工、炼焦工业等排放出大量的氢气副产物,是非常丰富且廉价的氢气来源。

我们在学校里学到氢气是一种非常危险的物质,我们使用它安全吗?

       氢气的爆炸极限范围的确是比较宽,从4%-75%,被认为是很容易爆炸,但事实上,更容易爆炸的其实是那些爆炸极限百分比下限更低的燃料。可以看到,氢气的这个指标(4%)几乎和天然气(5.3%)差不多,而汽油蒸气(1.4%)才是真正最危险的。另外,氢气具有非常强的逃逸能力,在敞开环境中向上逃逸的速度约20m/s,如果通风良好,几乎不可能出现聚集;而汽油蒸气则会更多的沉积在地面,遇明火极易发生爆炸,这就是为什么氢气加气站的安全性会大大高于加油站的原因。另外氢气不仅比天然气扩散速度要快很多,它的体积能量密度也只有天然气的1/3,也就是说,如果有同样体积的气体发生了泄漏并爆炸,天然气爆炸释放出的能量是氢气的三倍!总的来说,氢气不会比天然气更危险,如果我们能够放心的使用天然气,那么我们也就实在没有必要谈“氢”色变。


性质

天然气

氢气

汽油蒸汽

颜色

相对比重(空气为1)

0.424

0.07

0.67-0.71

在空气中的燃烧比例范围 (%)

5.3 to 15

4 to 74

1.4-7.6

火焰温度 (Co)

2148

2050

2197

扩散系数 (cm2/s)

0.15

0.61

~0.08

能量密度   (MJ/nm3­­)

35.882

10.783

~38




和纯电动车相比,燃料电池电动车有什么不同?

        他们都是使用电能来带动电机进而驱动汽车的。燃料电池汽车和纯电动车最大的区别就是前者所使用的电能是由外部提供的氢气发出的,而后者则是消耗存储在电池内部的电能。对燃料电池汽车来说,我们只需要像加油一样加注氢气就可增加里程,而纯电动汽车则需要频繁的长时间的充电。

我们如何处理报废的燃料电池?

       燃料电池部件的老化失效是造成燃料电池报废的主要原因,但是即使是报废后的燃料电池,其内部许多材料仍然是可以被回收利用的,例如聚合物膜,催化剂,极板等。因此报废后的燃料电池被送至专业公司处进行再处理。燃料电池内部不含有任何对环境有害的物质。

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