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揭秘!五個關鍵問題讀懂氫燃料電池技術

近年來,當紅的燃料電池技術頻登新聞頭條。利用氫氣等清潔燃料,為從汽車到數據中心等眾多應用提供電能,既高效又實現零排放。那么,燃料電池是什么?它又是如何工作呢?

揭秘!五個關鍵問題讀懂氫燃料電池技術

什么是燃料電池?

燃料電池是一種能量轉化裝置,它將氫氣、天然氣或其它碳氫化合物燃料中的電化學能轉化為電能。不同于傳統蓄電池以儲能的方式提供電能,燃料電池依靠外部燃料和氧氣穩定供應,持續產生電能。其中,利用氫氣作為燃料的燃料電池被稱做——質子交換膜燃料電池(PEM或PEMFC),也就是大家所熟知的氫能燃料電池。

從驅動汽車行駛到為數據中心提供備用能源,氫燃料電池應用非常廣泛。以氫燃料電動汽車為例,作為汽車動力總成的一部分,氫燃料電池產生的電能為電池提供能量補充,為用戶提供多種能源選擇,用戶可根據燃料價格及應用場景靈活定制(利用氫氣、電池或優化組合)。

氫燃料電池是如何工作的?

揭秘!五個關鍵問題讀懂氫燃料電池技術

氫燃料電池的基本結構是兩個電極(陰極和陽極)組成,兩電極由質子交換膜電解質隔開。每個燃料電池只有幾毫米厚度,數百個燃料電池堆積在一起,便形成一個燃料電池電堆。

氫燃料電池電動汽車搭載的儲氫罐中的氫氣被輸送到燃料電池的正極,在催化劑作用下分解成氫離子和電子。氫離子通過質子交換膜到達負極,與空氣中的氧氣反應生成水,相對應的電子通過外電路流向負極,產生電能并釋放熱量。

在氫燃料電池電動汽車的動力總成中,氫燃料電池產生的電能, 通過電動機轉換成機械動力,帶動汽車機械傳動結構工作,從而驅動汽車行駛,并可根據需要為高壓電池組充電。氫燃料電池的反應副產物主要是水,在使用過程中真正實現“零排放”。

氫燃料電池技術有哪些獨特優勢?

與純電動電池相比,燃料電池動力總成具有能量密度高、燃料補給速度快等獨特優勢。

分析報道指出,從技術路線和發展趨勢來看,純電動更適用于日常短途使用場景,而氫燃料電池技術更適合中長途運輸應用。隨著運輸距離增加,所需電池尺寸會相應增加,從而增加卡車自重,嚴重制約卡車的負載能力和速度。而相比于傳統電池,燃料電池能量密度高,可顯著減少電池體積和重量,在降低卡車自重的同時保證長續航里程。

另一方面,當車輛能源補給時,與電池充電時間相比,氫燃料補給更迅速。此外,得益于模塊化設計,燃料電池具有更大靈活性,可根據特定應用需求,定制燃料電池系統和儲氫罐,滿足用戶不同需求。

氫燃料電池應用目前面臨哪些挑戰?

燃料電池技術應用前景廣闊,但該技術尚處于發展階段,其大規模應用仍受一些因素制約,排放法規、資金支持、技術發展、基礎設施和總擁有成本(TCO)等將成為推動燃料電池汽車發展的關鍵。

加氫站等基礎設施的稀缺、前期車輛購置成本高,及氫氣燃料價格高昂,是該技術面臨的主要問題。

此外,與傳統化石燃料解決方案相比,氫燃料電池還面臨著包括重量增加、功率密度降低,以及加氫時間增加等挑戰。但眾多業內人士正積極合作,不斷推進技術發展及應用。

康明斯如何參與氫能燃料電池技術?

揭秘!五個關鍵問題讀懂氫燃料電池技術

早在20多年前,康明斯就著力發展氫燃料電池技術。2014年,康明斯參與在哥斯達黎加的首個利用氫燃料的運輸系統示范項目,并于2018年加入了氫能委員會(Hydrogen Council,),一個探索并促進氫能作為清潔燃料來源的全球性聯盟組織,與行業合作伙伴研究推廣氫燃料電池技術應用。

2019年,康明斯收購全球領先的燃料電池和制氫技術供應商水吉能(Hydrogenics)公司,并與現代汽車公司簽署合作備忘錄,在北美市場合作開發氫燃料電池技術。此外,公司還投資了氫燃料電池增程器提供商Loop Energy,并在2019北美商用車展上推出了首款配備氫燃料電池,續航路程高達400公里的電動動力重卡

作為全球領先的動力解決方案提供商,從清潔柴油、天然氣、純電動,再到如今的氫燃料電池技術,康明斯致力于以創新的多元動力解決方案服務客戶。著眼未來,康明斯將持續氫燃料電池前沿技術領域投入,為用戶提供可靠的創新產品組合,助力客戶成功。

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