燃料電池的應(yīng)用特點(diǎn) 燃料電池的特點(diǎn)及應(yīng)用
(1)能量密度高,比能量可達(dá)200Wh/kg左右。 PCEV要求以氫為燃料時(shí),電池質(zhì)量比功率不低于150W/kg;以甲醇為燃料時(shí),電池的質(zhì)量比功率不小于100W/kg。
(2)一般在常溫條件下運(yùn)行。當(dāng)溫度在80左右時(shí),容易快速啟動(dòng),減少溫度對(duì)燃料電池材料的影響,提高電池性能,延長(zhǎng)電池壽命。
(3)可連續(xù)工作,適合部分滿足特性要求。這些優(yōu)越的性能為PEMFC在FCEV上的使用帶來(lái)了極大的便利。
(4)單體電池電壓高,是電動(dòng)汽車?yán)硐氲膭?dòng)力源,有利于減輕電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量,降低電動(dòng)汽車的使用成本。
(5)燃料電池的染料有氫、甲醇和汽油三種。根據(jù)燃料電池的發(fā)電原理,氫氣是最理想的燃料,因?yàn)闅錃饪梢灾苯訁⑴c電化學(xué)反應(yīng)。氫燃料電池的產(chǎn)物只是清潔的水蒸氣,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染。
2.燃料電池的應(yīng)用。燃料電池作為移動(dòng)電源的應(yīng)用領(lǐng)域分為兩大類。一種可作為便攜式電源、小型移動(dòng)電源、車載電源等,適用于軍事、通訊、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域,滿足應(yīng)急供電和高可靠性、高穩(wěn)定性供電的需要。實(shí)際應(yīng)用有手機(jī)電池、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備、軍用背包通信電源、衛(wèi)星通信車載電源等;二是作為自行車、摩托車、汽車等交通工具的電源,滿足機(jī)動(dòng)車排放的環(huán)保要求。從目前的發(fā)展情況來(lái)看,PEMFC是最成熟的電動(dòng)汽車電源。
3、國(guó)際上,燃料電池研發(fā)領(lǐng)域的權(quán)威機(jī)構(gòu)是加拿大巴拉德能源系統(tǒng)公司,美國(guó)H-Power公司于1996年研制出世界上第一輛燃料電池動(dòng)力客車。近年來(lái),我國(guó)也有高度重視燃料電池電動(dòng)汽車的研發(fā),已被列為國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃。上海申力公司、富源燃料電池有限公司、清華大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所研制的觀光客車、中巴車樣機(jī),性能接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
4、燃料電池除了適用于交通運(yùn)輸電源外,也非常適用于固定電源。可與電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰值,也可作為海島、山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)或國(guó)防(人防)供電系統(tǒng)供電。
5、也可以將多臺(tái)燃料電池發(fā)電機(jī)組網(wǎng)組成分布式供電系統(tǒng)。分布式供電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)可省去電網(wǎng)線路和配電調(diào)度控制系統(tǒng)。
(2)有利于熱電聯(lián)產(chǎn)(由于PEMFC電站無(wú)噪音,可就近安裝,PEMFC發(fā)電產(chǎn)生的熱量可進(jìn)入供熱系統(tǒng)),可使總?cè)剂侠寐矢哌_(dá)80%。
(3)受戰(zhàn)爭(zhēng)和自然災(zāi)害的影響相對(duì)較小,特別適合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的主動(dòng)防護(hù)需要。
(4) 通過(guò)天然氣和煤氣重整制氧,利用現(xiàn)有的天然氣和煤氣供應(yīng)系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施,為燃料電池提供燃料。
(5)可再生能源制氫(電解水制氫、太陽(yáng)能電解制氫、生物制氫)可形成循環(huán)系統(tǒng)(這種循環(huán)系統(tǒng)特別適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)),減少建設(shè)和運(yùn)行系統(tǒng)的成本。國(guó)際上普遍認(rèn)為,隨著燃料電池的普及和利用,分布式電站的發(fā)展將是一種趨勢(shì)。
6、由于燃料電池工作溫度低,紅外輻射少,無(wú)振動(dòng),無(wú)噪音,特別適合作為現(xiàn)代軍用電源使用。 1998年8月,美國(guó)國(guó)防部在提交給國(guó)會(huì)國(guó)防委員會(huì)的報(bào)告中指出,移動(dòng)電源是永久性防御設(shè)施最基本的五個(gè)要素之一;燃料電池發(fā)電技術(shù)取代傳統(tǒng)發(fā)電裝置的快速發(fā)展,為未來(lái)發(fā)電系統(tǒng)以氫為主要燃料開辟了道路;由于能量轉(zhuǎn)換效率高(超過(guò)60%)和操作維護(hù)極其簡(jiǎn)單,燃料電池發(fā)電機(jī)使得以氫能為主要燃料的應(yīng)用極其可靠和高效。因此,將作戰(zhàn)燃料改為氫氣,將產(chǎn)生更高效可靠的發(fā)電系統(tǒng),排放更低,噪聲更低,熱輻射和紅外成像大大降低,便于偽裝和隱蔽行動(dòng)。
7、PEMFC發(fā)電機(jī)的諸多優(yōu)越性能使其廣泛應(yīng)用于航空航天和超機(jī)動(dòng)設(shè)備、水下潛艇、軍事工程、通信工程、車載電源、個(gè)人和部門(部門)便攜式電源、偏遠(yuǎn)地區(qū)、海防哨所.在人防工程中具有極好的應(yīng)用前景。早在20世紀(jì)60年代,美國(guó)宇航局和通用電氣公司(GE)就聯(lián)合開發(fā)了燃料電池發(fā)電機(jī),并多次用于雙子座衛(wèi)星計(jì)劃。特別是1968年采用Nafion膜后,發(fā)射的生物衛(wèi)星上使用的燃料電池發(fā)電機(jī)在實(shí)驗(yàn)室中的壽命已達(dá)到57000h。后來(lái)美國(guó)宇航局與漢密爾頓標(biāo)準(zhǔn)公司合作開發(fā)了RPC(再生燃料電池)系統(tǒng),目的是配合太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng),形成火星探測(cè)車或月球基地的電源(太陽(yáng)能電解水裝置功率為35kw, PEMFC發(fā)電機(jī)功率為25kw)。美國(guó)空軍還與Treadwell簽署協(xié)議,研究衛(wèi)星RFC系統(tǒng)(燃料電池功率12kw,電壓V)。
8、在超級(jí)移動(dòng)設(shè)備(HMU)應(yīng)用方面,NASA與EPSI合作開發(fā)了200Wh能量的PEMFC系統(tǒng),采用金屬氫化物儲(chǔ)氫替代現(xiàn)有設(shè)備使用的充電電池,可有效提高儲(chǔ)能密度以及一次性充電能量和循環(huán)壽命、充電速度。
9. 燃料電池在軍事領(lǐng)域的一個(gè)重要用途是作為海軍艦艇的動(dòng)力源。 PEMFC發(fā)電機(jī)作為潛艇的不依賴空氣推進(jìn)動(dòng)力(AIP)源,與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和閉式循環(huán)柴油機(jī)相比,具有效率高、噪聲低、紅外輻射小等優(yōu)點(diǎn)。使用燃?xì)鈺r(shí),潛艇的續(xù)航能力最強(qiáng)(約為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍),而且無(wú)污染,因此燃料電池是潛艇AIP系統(tǒng)的最佳選擇。德國(guó)于1980年開始研究燃料電池發(fā)電機(jī)潛艇(也是世界上最早的)。目前,德國(guó)已經(jīng)能夠生產(chǎn)基于燃料電池發(fā)電機(jī)的212和214潛艇。美國(guó)海軍和AP 公司開始開發(fā)柴油重型整制氫為氫源的燃料電池發(fā)電機(jī),還與Treadwell公司合作設(shè)計(jì)并制造了用于水下探測(cè)器的燃料電池電源。
10、燃料電池的諸多優(yōu)點(diǎn),使其在重要的民用設(shè)施如智能大廈、醫(yī)院、賓館以及國(guó)防(人防)領(lǐng)域都具有極好的前景。目前這些地方的供電系統(tǒng)均采用以外電為主、柴油發(fā)電機(jī)組為輔的供電方式。當(dāng)外電毀壞啟用柴油發(fā)電機(jī)組時(shí),由于柴油發(fā)電機(jī)組存在煙氣排放,隱蔽性差、震動(dòng)大、噪聲高、環(huán)保性能差等諸多缺點(diǎn),更不適合在未來(lái)高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中使用。因此,研究基于PEMFC的發(fā)電系統(tǒng)可有效利用氫能實(shí)現(xiàn)環(huán)保,對(duì)民用供電和國(guó)防建設(shè)都有極為重要的意義。
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