燃料動(dòng)力電池的應(yīng)用

今天，許多類型的燃料動(dòng)力電池已經(jīng)開發(fā)了不同的應(yīng)用。根據(jù)導(dǎo)電離子的種類，可分為酸性燃料動(dòng)力電池、堿性燃料動(dòng)力電池、碳酸碳酸鹽燃料動(dòng)力電池和固體氧化物燃料動(dòng)力電池(SOFC)。酸性燃料動(dòng)力電池也可細(xì)分為質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池、直接醇燃料動(dòng)力電池和磷酸燃料動(dòng)力電池。每一種燃料動(dòng)力電池都有自己的特點(diǎn)，工作溫度低至-40℃，高至1000℃?？筛鶕?jù)不同要選擇燃料動(dòng)力電池類型。其中，PEMFC是近幾十年來最受關(guān)注的燃料動(dòng)力電池。質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池不僅具有燃料動(dòng)力電池的一般特點(diǎn),但也有優(yōu)秀的低溫快速啟動(dòng)和操作的優(yōu)點(diǎn),沒有電解質(zhì)損失,壽命長(zhǎng)、高功率系數(shù)和特定的能量,所以它被認(rèn)為是理想的解決方法來替代內(nèi)燃機(jī)汽車的電源。

由于其模塊化、功率范圍廣、燃料種類多，燃料動(dòng)力電池可用于多種應(yīng)用，從小型摩托車電源和移動(dòng)充電設(shè)備到兆瓦級(jí)發(fā)電站。事實(shí)上，燃料動(dòng)力電池的商業(yè)化已經(jīng)著火了。數(shù)據(jù)顯示，從2008年到2011年，燃料動(dòng)力電池作為通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、物流和機(jī)場(chǎng)地面處理的備用電源的市場(chǎng)份額在全球范圍內(nèi)上升了214%。到2020年，燃料動(dòng)力電池市場(chǎng)有望達(dá)到192億美元。

綜述了燃料動(dòng)力電池的研究進(jìn)展

圖4。燃料動(dòng)力電池的應(yīng)用

具體應(yīng)用情況簡(jiǎn)述如下:

(1)便攜式電源

便攜式電源市場(chǎng)銷量的逐年上升，吸引了眾多電源技術(shù)的發(fā)展。其產(chǎn)品包括:筆記本電腦、手機(jī)、收音機(jī)和其他要電力供應(yīng)的移動(dòng)設(shè)備。為了方便個(gè)人攜帶，便攜式電源的基本要求通常要求電源具有高比能、重量輕、體積小等特點(diǎn)。燃料動(dòng)力電池的能量密度通常是可充電電池的5到10倍，這使得它們更具競(jìng)爭(zhēng)力。此外，燃料動(dòng)力電池不要額外充電的事實(shí)也使它們適合更長(zhǎng)的野外使用壽命。目前，直接甲醇燃料動(dòng)力電池(DMFC)和質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池(PEMFC)已分別應(yīng)用于特種單體電源和移動(dòng)充電裝置。當(dāng)燃料動(dòng)力電池應(yīng)用于便攜式電源時(shí)，成本、穩(wěn)定性和壽命將是要解決的技術(shù)問題。

(2)固定電源

固定電源包括應(yīng)急備用電源、持續(xù)電療電源和偏遠(yuǎn)地區(qū)的獨(dú)立電源。目前，燃料動(dòng)力電池每年約占全球固定電力市場(chǎng)70%的兆瓦。與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比，燃料動(dòng)力電池的工作時(shí)間更長(zhǎng)(大約是鉛酸電池能量密度的5倍)，體積更小，環(huán)境適應(yīng)性更好。獨(dú)立的電站被認(rèn)為是向偏遠(yuǎn)地區(qū)和難以接入智能電網(wǎng)的緊急地區(qū)供電的最經(jīng)濟(jì)、最可靠的方式。燃料動(dòng)力電池作為獨(dú)立電站在我國許多大地測(cè)量災(zāi)害中發(fā)揮著重要的救災(zāi)用途。要指出的是，固定電站一般要較長(zhǎng)的使用壽命(超過80000小時(shí))，這是燃料動(dòng)力電池技術(shù)應(yīng)用于固定電站的最大技術(shù)挑戰(zhàn)。

(3)交通電源

交通動(dòng)力一直是清潔能源技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，因?yàn)槿?7%的溫室氣體(CO2)排放是由基于化石燃料的交通工具出現(xiàn)的，此外還有霧霾等其他空氣污染問題。H2燃料的質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池(PEMFC)被認(rèn)為是內(nèi)燃機(jī)的最佳替代動(dòng)力，重要原因是:(a)廢氣僅為水，沒有任何污染排放;(b)燃料動(dòng)力電池的工作效率極高(53%59%),幾乎是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的兩倍;(c)低溫快速start,低操作噪音和穩(wěn)定operation,世界上很多國家是促進(jìn)燃料動(dòng)力電池運(yùn)輸力量schemes,Japan是最激進(jìn)的countries.之一日本計(jì)劃在2025年之前建造1000多個(gè)氨站，并運(yùn)行200萬輛燃料動(dòng)力電池汽車。2015年，豐田汽車公司開始銷售世界上第一輛PEMFC汽車Mirai，標(biāo)志著燃料動(dòng)力電池技術(shù)應(yīng)用于汽車動(dòng)力的新時(shí)代。