Status aplikasi bateri tenaga baharu dan analisis pembangunannya (I)

Sel Bahan Api Hidrogen dan Penyimpanan Tenaga Hidrogen

pengenalan

Dengan perhatian yang semakin meningkat kepada isu tenaga di seluruh dunia, baru tenaga teknologi bateri secara beransur-ansur menjadi keutamaan utama penyelidikan saintifik dan pembangunan industri di pelbagai negara di bawah latar belakang peralihan tenaga dan pembangunan mampan. Daripada bateri litium-ion tradisional kepada sel bahan api hidrogen yang lebih berpandangan ke hadapan, bateri aliran cecair, dsb., jenis bateri yang berbeza telah menunjukkan pelbagai prospek aplikasi dalam bidang storan kuasa dan kenderaan elektrik. Walau bagaimanapun, terdapat juga banyak cabaran dan batasan, seperti ketumpatan tenaga, hayat kitaran dan kos. Untuk menggalakkan pembangunan sumber tenaga baharu dengan lebih baik, siri ini akan menilai secara menyeluruh kelebihan, kelemahan dan senario aplikasi bagi setiap jenis teknologi bateri baharu arus perdana, menyediakan rujukan dan panduan berharga untuk penyelidik, pengamal industri, menggalakkan inovasi berterusan dalam bidang ini, dan menyumbang kepada pembangunan mampan tenaga global.

Rencana utama

Menurut elektrolit, sel bahan api dikelaskan dan dicirikan seperti ditunjukkan dalam Jadual 2-1.

Jadual 2-1 Jenis asas sel bahan api

Sel bahan api hidrogen berfungsi dengan bertindak balas hidrogen dan oksigen tanpa pembakaran untuk menukar tenaga hidrogen kepada elektrik. Proses tindak balas ditunjukkan dalam Rajah 2.1 ^[1].

Rajah 2.2 Portfolio Rantaian Kuasa Kenderaan Sel Bahan Api

Untuk merealisasikan kapal sifar karbon dan sifar pencemaran, pelbagai laluan teknologi kuasa kapal sifar karbon telah muncul. Penerbangan hidrogen juga dianggap sebagai kunci untuk mencapai pelepasan sifar pencemars dan pembangunan mampan dalam industri penerbangan pada masa hadapan. Oleh kerana keperluan tinggi pesawat penumpang besar untuk ketumpatan tenaga sel bahan api hidrogen, penyimpanan dan pengisian bahan api hidrogen, dan keselamatan hidrogen, adalah sukar untuk merealisasikan penggunaan pesawat sel bahan api hidrogen yang besar dalam masa yang singkat. Drones menjadi semakin meluas dalam rantaian industri kerana ciri-ciri operasi ekonomi dan mudah mereka.

Dalam jangka panjang, tenaga hidrogen dijangka menjadi satu bentuk simpanan elektrik yang penting. Daripada stok kapasiti terpasang, storan yang dipam masih merupakan bentuk utama storan tenaga, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, storan tenaga elektrokimia juga telah mula mempercepatkan pembangunan storan tenaga hidrogen. , tetapi ia masih belum merealisasikan aplikasi secara besar-besaran. Walau bagaimanapun, seperti yang dinyatakan sebelum ini, sama ada dalam dimensi masa atau dimensi ruang, aplikasi masa depan penyimpanan tenaga dalam sistem kuasa akan lebih banyak, bentuk simpanan tenaga akan lebih pelbagai, tenaga hidrogen masih boleh digunakan sebagai simpanan tenaga kimia. , simpanan tenaga fizikal, suplemen yang menjanjikan.

Menurut ramalan IEA, kapasiti terpasang bagi storan tenaga elektrokimia/tenaga hidrogen masing-masing akan mencapai 9%/6% pada tahun 2050. Dari perspektif perindustrian, storan tenaga elektrokimia mempunyai asas perindustrian yang kukuh dan akan menjadi yang pertama untuk membawa masuk besar- pembangunan skala, manakala penyimpanan tenaga hidrogen masih dalam peringkat awal perindustrian, dan kemajuan pembangunan berskala besar akan lebih perlahan daripada penyimpanan tenaga elektrokimia.

Pada masa ini, teknologi hidrogen air elektrolitik arus perdana menggunakan kaedah elektrolisis air membran pertukaran proton (PEM), dan pelaburan unit sistem simpanan tenaga hidrogen yang lengkap adalah kira-kira￥9000/kW. Sebagai perbandingan, kos sistem semasa bagi an sistem penyimpanan tenaga elektrokimia (LiFePO4) adalah kira-kira￥4800/kW (￥Kos sistem 1.2 /wh, masa sandaran 4j), dan masih terdapat kelebihan yang jelas yang sistem penyimpanan tenaga hidrogen dalam kos akhir; pada masa ini, sistem penyimpanan pam yang paling banyak digunakan di China mempunyai asas perindustrian yang kukuh, dan akan menjadi yang pertama untuk mengantar pembangunan skala, manakala kemajuan pembangunan berskala besar akan lebih perlahan daripada penyimpanan tenaga elektrokimia. Pada masa ini, kos sistem penyimpanan pam yang paling banyak digunakan di China adalah kira-kira RMB 7000/kW, yang juga lebih baik daripada sistem penyimpanan hidrogen.s.

Walau bagaimanapun, dengan perkembangan pesat kuasa angin dan industri fotovoltaik, tahap redundansi kapasiti dipasang akan meningkat dengan ketara, grid untuk memastikan kestabilan grid kuasa pastinya tidak boleh menjadi tempoh masa yang singkat untuk menyerap kuasa yang berlebihan. impak, jadi kuasa angin dan pengabaian kuasa kos rendah fotovoltaik akan menjadi sumber penting kuasa elektrolisis hidrogen, dan untuk menyelesaikan dilema semasa perindustrian penyimpanan tenaga hidrogen.

Rujukan：

[1]卢国强.氢燃料电池结构原理及其发展现状[J].内燃机与配件,2023(15):106-108.DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2023.15.007.

[2]侯明,衣宝廉.燃料电池技术发展现状[J].电源技术,2008(10):649-654.

[3]邵志刚,衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望[J].中国科学院院刊,2019,34(04):469-477.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.012.