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楼主: 搬砖道人

从丰田Mirai燃料电池车解读氢燃料电池原理(全程图解)

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燃料電池車(FCEVs)[编辑]主条目:燃料电池车氫氣車:enist of fuel cell vehicles

一部燃料电池车的部件配置.


汽車[编辑]
丰田汽车的Toyota FCV PEMFC 燃料电池汽车.


虽然目前还没有可供商业销售的燃料电池车,自2009年以来已发布超过了20类型的燃料电池汽车(FCEVs)的原型和示范车。示范车型包括本田的FCX Clarity英语FCHV-ADV),丰田的FCHV-ADV英语FCHV-ADV),梅赛德斯-奔驰的F-CELL英语F-CELL)。[45] 在2011年6月的示范FCEVs行驶超过了4,800,000公里(3,000,000英里)的里程,重新加注燃料超过27,000次[46]。示范燃料电池车已经能够“在重新加燃料之间的续驶里程超过400公里(250英里)”。它们可以在小于5分钟的时间内完成重新加燃料[47]
一些专家认为燃料电池汽车将永远不会成为与其他技术相比具经济竞争力[48][49],或将需要几十年来让它们变得有利可图[50][51]。在2011年7月,通用汽车CEO和总裁Daniel Akerson表示,尽管氢燃料电池车的成本正在下降:"氢燃料电池汽车仍然是太贵了,它可能并不实际直到2020年以后,我不知道"。[52]
巴士[编辑]
Mercedes-Benz (Daimler AG) Citaro 燃料电池巴士,在伦敦奧德維奇英语Aldwych



丰田的氢气燃料电池巴士(TOYOTA FCHV Bus),在2005年世界博覽會


在世界上今天有超过100部燃料电池巴士运行。大部分燃料电池巴士是由UTC Power, 丰田Toyota), Ballard英语Ballard),Hydrogenics英语Hydrogenics)和 Proton Motor英语Proton Motor)等公司生产。UTC巴士已经积累了超过 600,000 mi(970,000 km) 的行驶距离。[53] 燃料电池巴士比柴油和天然气巴士的燃料经济性要高出 39–141% 。[54]
燃料电池巴士已经部署在世界各地: 加拿大Whistler; 美国旧金山; 德国汉堡; 中国上海; 英国伦敦; 巴西圣保罗; 和其他地方。[55] 燃料电池巴士俱乐部英语Fuel Cell Bus Club)是一个全球性的合作努力,在试验的燃料电池公共汽车。有影响的项目包括:
  • 12 燃料电池巴士部署加州的Oakland和旧金山湾区。[55]
  • 在2007年一月,Daimler AG, 36部Ballard Power Systems的燃料电池巴士实验巴士已经成功完成了一个在11个城市的三年的试运行 。[56][57]
  • 在加州的 Thor 巴士车队使用了UTC Power燃料电池, 由SunLine Transit Agency 交通公司运行.[58]
叉車(堆高機)[编辑]燃料电池为动力的叉车是燃料电池在工业应用内最大的部门之一。[59]用于材料搬运的大多数燃料电池是质子交换膜燃料电池提供动力,但也有一些直接甲醇燃料叉车进入市场。目前正在运营的燃料电池车队有大量的公司,包括西斯科食品,联邦快递货运,GENCO(Wegmans的,可口可乐,金佰利,和Whole Foods),和H-E-B杂货店的。[60]
摩托車和單車類[编辑]
Element One英语Element One)燃料电池赛车



氢自行车英语PHB (bicycle)),在中国上海


在2005年,英国的智能能源公司(Intelligent Energy)生产的第一个氢气运行摩托车ENV英语ENV)(中性排放车)。摩托车有足够运行4小时的燃料,并且以 80 km/h(50 mph) 的速度在市区行驶了 100 英里 (160 km)。[61] 在2004年 本田利用本田燃料电池堆开发了一种燃料电池摩托车[62][63] 还有其他几个单车例子[64] 和自行车例子[65] 使用了氢气燃料电池引擎。
在2007年中国上海, Pearl hydrogen power source technology Co., ltd公司展示了氢自行车,在第9届中国国际燃油技术装备和应用展示会。
飛機[编辑]
由氢燃料电池驱动的Fuel Cell Demonstrator波音飞机


在2008年2月, 波音公司的研究人员和在欧洲产业合作伙伴进行的飞行试验,试飞了由燃料电池和轻型电池供电的载人飞机。这架所谓燃料电池演示者(Fuel Cell Demonstrator)飞机,使用了质子交换膜(PEM)的燃料电池/锂离子电池的混合动力系统的电动马达,电动马达被耦合到常规的螺旋桨[66]。2003年,世界上第一个完全由燃料电池供电的螺旋桨驱动的飞机飞行。它的燃料电池是一个独特的FlatStackTM的堆栈的设计,这允许所述燃料电池被集成在空气动力学表面之下[67]
现在已经有了几个燃料电池为动力的无人飞行器(UAV)。在2007年,一个Horizen燃料电池的小型无人机,创下无人机飞行距离的记录[68]。军事上特别感兴趣这种应用,原因是它是低噪音,低散热,可以飞到高海拔。 2009年,美国海军研究实验室(NRL)的离子虎(Ion Tiger)利用氢为动力的燃料电池,飞行了23小时17分钟[69]。波音公司正在完成试验的幽灵之眼(Phantom Eye),具有高空长航时(HALE),可用于飞行在 20,000米(65,000尺) 并有多达4天的时间进行研究和监测[70]。燃料电池也被用来提供飞机的辅助动力,以取代化石燃料发电机,和以前用于启动发动机和飞机上电器的电力需求。燃料电池可以帮助飞机减少二氧化碳CO2和其他污染物的排放和噪音。
船只[编辑]ie_Hydra_in_Leipzig_I.jpg" target="_blank">
世界第一艘经公证的燃料电池船HYDRA英语HYDRA),在德国莱比锡


世界上第一个燃料电池船HYDRA使用了碱性燃料电池(AFC)系统,用6.5-kw 的输出。冰岛一直致力于到2015年将其庞大的捕鱼船队使用的燃料电池提供辅助动力,并最终提供船上的主要动力。阿姆斯特丹最近推出了其第一个燃料电池为动力的船,提供给市内周围观赏著名的和美丽的运河的游客。
潛艇[编辑]絕氣推進潛艇可以使用燃料電池為動力。
德國和意大利海軍的212型潜艇所使用的燃料電池可連續下潜幾星期而不需要浮出水面。
U212A是一个非核动力的潜艇,由德国海军造船厂Howaldtswerke船厂开发的[71]。该系统由9个质子交换膜燃料电池,每个可以提供 30-kW 和 50-kW 之间。潜艇的静音给它探测其他潜艇的一个优势。[72]
便攜式電源系統[编辑]使用燃料電池便攜電源系統可以在休閒領域中使用(即露營車,小木屋,海上),在工業領域中(即為偏遠地區提供電力,包括氣/油井場,通信塔,安全,氣象站等)使用,和在軍事領域中使用。
其他應用[编辑]加燃料站[编辑]主条目::en:Hydrogen station:en:Hydrogen highway

加氫站英语Hydrogen station


在2010年,在美國有超過85個加氫站英语Hydrogen station)。[79]
截至2012年6月,加州有23個加氫站運行。[79][80]
冰島,第一個公共加氫站英语Hydrogen station)在雷克雅未克市開放於2003年。這個加氫站服務戴姆勒 - 克萊斯勒公司建造的三個巴士,服務於雷克雅未克市公共交通網。
目前,德國在全國范圍內有14個加氫站英语Hydrogen station)并計劃到2015年擴大到50個,[81]通過其公私合作夥伴關係英语public private partnership)現在的GMBH公司。[82]日本也有氫能高速公路英语Hydrogen highway),是作為日本氫燃料電池項目的一部分。十二個氫燃料站已在11個日本城市建成,並且到2015年将有額外的加氫站英语Hydrogen station)可能運行。[83]加拿大,瑞典和挪威也有氫高速公路正在實施。[來源請求]
市場和經濟[编辑]主条目:氢经济甲醇经济
2012年,燃料電池行業的收入超過10億美元的全世界市值,並且亞太國家運送超過3/4的燃料電池系統到世界各地。[84]然而,截至2013年10月,還沒有在此行業中的上市公司能實現盈利。[85]在2010年,燃料电池堆的全球出货量有140000,而在2007年有11000出货量,並且2011年至2012年的全球燃料電池的出貨量有85%的年增長速度。[86]
在2010年,燃料电池的出货量大约50%的固定式燃料电池,在2009年的出货量约为三分之一,并且燃料电池产业的四个主要生产国仍然是美国德国日本韩国[87]能源部的固態能量轉換聯盟發現,截至2011年1月,固定式燃料電池產生的電力裝機約每千瓦時724美元775美元。[88]2011年,布盧姆能源(Bloom Energy),一個主要的燃料電池供應商表示,其燃料電池發電每千瓦時9-11美分,其中包括燃料,維護和硬件的價格。[89][90]
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发表于 2015-7-28 12:00:49 | 显示全部楼层

直接甲醇燃料電池示範圖,燃料電池組的層狀結構(中心立方體)



质子传导燃料電池的示意图



最早提出燃料電池的科學家尚班(Christian Friedrich SchÖnbein)的照片


燃料電池英语:Fuel cell)是一種主要透過或其他氧化劑進行氧化還原反應,把燃料中的化學能轉換成電能的電池。而最常見的燃料為 [1] ,一些碳氫化合物例如天然氣、和甲烷等有時亦會作燃料使用。燃料電池有別於原電池,因為需要穏定的燃料來源,以確保其運作供電。這種電池的優點是可以不間斷的提供穩定電力,直至燃料耗盡。
1839年,英國物理学家威廉·葛洛夫英语William Robert Grove)製作了首個燃料電池。而首次燃料電池的應用就在美國太空總署1960年代的太空任務當中,為探測器、人造衛星和太空艙提供電力。從此以後,燃料電池就開始被廣泛使用在工業、住屋、交通等方面,作為基本或後備供電裝置。
現今生活中存在多種燃料電池,但它們運作原理基本上大致相同,必定包含一個陽極,一個陰極以及電解質電荷通過電池兩極。電子由陽極傳至陰極產生直流電,形成完整電路。各種燃料電池是基於使用不同的電解質以及電池大小而分類的,因此電池種類變得更多元化,用途亦更廣泛。由於以個體燃料電池計,單一顆電池只能輸出相對較小的電壓,大約0.7V,所以燃料電池多以串連或一組的分式制造,以增加電壓,配合應用需求[2]
另一方面,燃料電池產電後會產生,基於不同的燃料使用,有可能產生極少量二氧化氮和其他物質,對環境的污染比原電池少,是一種綠色能源。燃料電池的能量效率通常為40-60%之間;如果廢熱被捕獲使用,其熱電聯產的能量效率可高達85%。
燃料電池的市場正在增長,派克研究公司(Pike Research)估計,到2020年固定式燃料電池市場規模將達到50 GW。[3]

目录  [隐藏]


歷史[编辑]
威廉‧葛洛夫1839年電池草圖


燃料電池的原理由德國化學家克里斯提安·弗里德里希·尚班英语Christian Friedrich SchÖnbein)於1838年提出,並刊登在當時著名的科學雜誌[4]。基於尚班的理論,英國物理學家威廉‧葛洛夫英语William Robert Grove)於1839年2月把理論證明刊登於《科學的哲學雜誌與期刊》(Philosophical Magazine and Journal of Science)[5],其後又把燃料電池設計草圖於1842年刊登 。當時的設計類似現今的磷酸燃料電池英语Phosphoric acid fuel cell[6]
1955年,一位為通用電氣工作的化學研究員W·湯馬斯·葛盧布(W. Thomas Grubb),進一步設計以磺化聚苯乙烯離子交換膜電解質,改革原始燃料電池。三年後,通用電氣的另一位化學研究員李奧納德·尼德拉克(Leonard Niedrach),想出了將沉積在膜上面,是氫氣進行氧化反應和氧氣進行還原反應必需的催化劑,成為「Grubb-Niedrach燃料電池」。
隨即通用電氣就和美國太空總署麥克唐納飛行器公司空發展這個技術,應用於雙子星計畫,這是燃料電池的第一個商業上的應用。直到1959年,英國的工程師法蘭西斯·湯瑪士·培根英语Francis Thomas Bacon)和它的同事們才成功地展示出第一具輸出功率達5千瓦的實用級燃料電池系統。同年,一個由哈利·伊律格(Harry Ihrig)領導的團隊也製造出以15千瓦功率的燃料電池驅動的牽引車。1960年,普惠公司獲得培根專利的許可,將燃料電池當作太空計畫中電力和水的來源。在1991年,羅傑‧比林期(Roger Billings)發展出世界首個用於汽車的氫燃料電池[7]
美國聯合技術公司UTC動力英语UTC Power)部門是第一個製造商用、大型固定燃料電池的公司,其產品可當做醫院、大學、大型辦公大樓的動力來源,UTC動力持續也在市場上推出功率達200千瓦燃料電池-PureCell 200,現被400千瓦取代-PureCell Model 400 [8]。UTC動力也是美國太空總署在進行太空探索方面唯一的燃料電池供應者,曾將其燃料電池應用於太陽神計畫 [9]和最近的太空梭計畫英语Space Shuttle program),而且也往汽車、公共巴士、手機等方面發展,該公司也展示了第一個質子交換膜的燃料電池汽車,在酷寒的狀態下仍能適用。
在1960年代幾次的太空任務中,燃料電池被用於驅動登月探險車及供應太空人飲用水,均證明了它的實用性。近年來,因為化石燃料造成的能源危機環保意識的抬頭,令燃料電池的發展日趨興旺。

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发表于 2015-7-28 13:48:35 | 显示全部楼层
说点啥吧,别光引用呀
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发表于 2015-7-28 16:14:05 | 显示全部楼层
核聚变发电成功了!难道电费就不收钱了?不会发生这种事的,各位!

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发表于 2015-7-28 22:07:43 | 显示全部楼层
tyuka 发表于 2015-7-28 13:48
说点啥吧,别光引用呀

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发表于 2015-7-28 22:10:21 | 显示全部楼层
wenzhenmin168 发表于 2015-7-28 16:14
核聚变发电成功了!难道电费就不收钱了?不会发生这种事的,各位!

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