Yakıt hücreleri gelecekte elektrikli araçlar için teknik bir rota olabilir mi Çin, Japonya, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'yı nasıl yakalamalı?
1. Yakıt hücresi, küresel stratejik yeni enerjinin gelişme yönü
Küresel hidrojen yakıt ikmal istasyonlarının yerleşim sürecinden, dünyadaki büyük ekonomilerin yakıt hücresi endüstrisinin düzenini hızlandırdığı görülebilir.
Çin'in yakıt hücreleri için planlama hedefi: 2020'de DOE'nin yukarıdaki performans gereksinimlerini karşılayın ve 2025'te seri üretime başlayın. 2025 yılında, yakıt hücresi istifleme sisteminin güvenilirliği ve ekonomisi büyük ölçüde iyileştirilecek.Geleneksel otomobiller ve elektrikli araçlar ile karşılaştırıldığında, belirli bir pazar rekabet gücüne sahip olacak ve seri üretim ve pazar promosyonu gerçekleştirecek.
2. Performans, enerji tasarrufu ve çevre koruma için nihai enerji olan lityum pil teknolojisi rotasından önemli ölçüde daha iyidir
Daha uzun seyir menzili, araçların pratikliği için önemli bir parametredir ve tüm araç seyir menzili, temelde enerji kaynağının enerji yoğunluğuna bağlıdır. Lityum iyon güç bataryası teknolojisi ile karşılaştırıldığında, hidrojen enerji depolamayla temsil edilen yakıt hücresi teknolojisi, daha yüksek enerji yoğunluğuna, daha az enerji doldurma süresine ve kullanım sırasında temiz ve çevre korumasına sahiptir.
Enerji yoğunluğu açısından, yakıt hücrelerinin lityum iyon pillere göre eşsiz avantajları vardır.Enerji yoğunluğu lityum iyon pillerden çok daha yüksektir. Lityum iyon piller, enerji yoğunluğunu artırmak için katot malzemelerinin sürekli yükseltilmesine dayanır, ancak iyileştirme alanı sınırlıdır ve teorik maksimum değer de Yakıt hücresinin sadece 1 / 4'ü ve bir yakıt hücresinin 1 / 100'üdür.Hacimsel enerji yoğunluğu açısından 300 kilometre çalışır ve yakıt hücreli hidrojen depolama tankı 100L hacme sahiptir, ancak 300 kilometre için gereken üçlü ve lityum demir fosfat pil hacimleri sırasıyla Hem 140L hem de 220L, yakıt pillerinden çok daha yüksektir.Güvenlik açısından, lityum piller kapalı bir enerji sistemine aittir. Prensipte, yüksek enerji yoğunluğu ve güvenlik uyumlu olmak zordur. Lityum demir fosfatın düşük enerji yoğunluğu daha güvenlidir , Üçlü pil yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir, ancak yüksek sıcaklıklara dayanıklı değildir ve 250-300 derecede ayrışacaktır ki bu daha az güvenlidir. Yakıt hücrelerinde kullanılan hidrojen, benzin buharından ve diğer yanıcı gazlardan daha güvenlidir.
Hizmet ömrü açısından kare ve yumuşak paket bataryalar genellikle 2.000 haftadan fazla, bataryalar yaklaşık 1.000 haftadır.Elektrikli araçların gerçek hizmet ömrü yaklaşık 5-8 yıldır.Yurtdışındaki yakıt hücresi genellikle 5000 saate ulaşabilir ve kullanım ömrü 9 yıldan fazla olabilir.
Tabii ki, yakıt pillerinin maliyeti ticari kullanımı kısıtlayan bir acı noktasıdır, ancak lityum piller için sübvansiyon kaldırılırsa 2-3 yıl sonra kırılmaya ulaşacak ve yakıt pilleri, maliyet düştükçe 2025'ten sonra büyük ölçekli ticarileştirilecektir.
Ek olarak, enerji tasarrufu, emisyon azaltma, sıfır kirlilik ve sıfır emisyon açısından bakıldığında, lityum piller hala kirlilik sorunları yaşarken, yakıt hücreleri temelde mevcut değildir. Bu nedenle gelecekte nihai enerji kaynaklarından biri olacaktır.
3. Teknoloji olgunlaştı, Japonya ve Avrupa lider konumda
Yakıt hücresi yapısı esas olarak membran elektrot tertibatı ve iki kutuplu plakadan oluşur. Membran elektrot tertibatı, bir elektrolit tabakası, bir katalizör tabakası ve bir gaz difüzyon tabakası içerir.
Elektrolit tabakasının ana işlevi, elektrokimyasal reaksiyonda (dolayısıyla proton değişim zarı) üretilen protonları yürütmek ve elektronları reaksiyon sisteminden ve ortamdaki çeşitli gazlardan izole etmektir. Proton değişim membranlarının iyi mekanik özelliklere, termal stabiliteye, kimyasal ve elektrokimyasal stabiliteye sahip olması gerekir ve maliyet de kritiktir. Şimdi ana proton değişim zarı perflorosülfonik asit zarıdır ve teknoloji liderleri arasında DuPont, Dow Chemical, Asahi Glass ve Asahi Kasei gibi kimya endüstrisi devleri bulunmaktadır.
Katalizör tabakasının ana işlevi, elektrokimyasal reaksiyon bariyerini azaltmak ve reaksiyon hızını arttırmaktır. Metalik platinin mükemmel katalitik yeteneği göz önüne alındığında, çoğu pratik katalizör katmanı platin bazlı malzemeler kullanır. Örnek olarak Toyota Mirai'yi alın. Katalizörü, birçok kez optimize edilmiş platin-kobalt-karbon kompozit malzemeleri kullanır. Bisikletler için platin miktarı 20 g'a düşürülmüştür ve Önemli derecede geri dönüştürülebilirlik.
Gaz difüzyon tabakasının ana işlevi, elektrokimyasal reaksiyonun verimini arttırmak için gaz reaktantının katalizör yüzeyinde homojen bir şekilde dağılmasını sağlamak ve aynı zamanda akımı dış devreye aktarmak ve reaksiyon ürünü suyunu boşaltmaktır. Toray'ın gaz difüzyon katmanı teknolojisi nispeten yüksektir. Elektriksel iletkenlik, kimyasal ve elektrokimyasal inertlik, ısı yayma kapasitesi, işlenebilirlik ve maliyet gibi faktörler bipolar plakaların ana teknik göstergeleridir.
Şu anda, tam yakıt hücresi yığını üretim kapasitesine sahip şirketler arasında Toyota, Ballard, Prager ve Hydrogenics gibi uluslararası üreticiler bulunmaktadır.
4. Büyük ölçekli ticari uygulama, birçok teknik darboğazın aşılması gerekiyor
Yakıt hücreli araçların ticarileştirilmesi, nihayetinde satın alma maliyetine ve kullanım maliyetine bağlıdır; bunların arasında, satın alma maliyetini düşürmenin birkaç yolu vardır: (1) yeni malzemelerin geliştirilmesi; (2) üretim süreçlerinde entegre yenilik; (3) anahtar bileşenlerin tanıtımı Ve malzemelerin yerlileştirilmesi süreci; (4) Ölçek efektleri vb. Elde etmek için ticarileştirme sürecini hızlandırmak;
Kullanım maliyetlerini azaltmanın yolları temel olarak şunları içerir: (1) yakıt maliyetlerini azaltmak (hidrojen üretimi, hidrojen depolama ve nakliye); (2) hidrojen yakıt ikmal istasyonlarının yerleşimini ve işletimini rasyonelleştirmek; (3) yakıt hücresi dayanıklılığını (yani hizmet ömrünü) iyileştirmek, vb. .
