鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:572次 | 2021年08月11日
燃料動(dòng)力鋰電池將面向多范圍使用,但也將面對(duì)多個(gè)挑戰(zhàn)
燃料動(dòng)力鋰電池是一種多年來(lái)一直在使用的能源,但從未成為主流。雖然它是一種綠色、清潔的能源,發(fā)電的副產(chǎn)品惟有水,但它要隨時(shí)獲得氫氣供應(yīng)。為以氫為燃料的電動(dòng)汽車建立加氫站網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)世界性的挑戰(zhàn),其他技術(shù)也已經(jīng)被用于為燃料動(dòng)力鋰電池到數(shù)據(jù)中心,甚至無(wú)人駕駛飛機(jī)供應(yīng)能源。
豐田一直是汽車氫燃料動(dòng)力鋰電池范疇最強(qiáng)有力的倡導(dǎo)者,并在2016年推出的Mirai車型中采用了這項(xiàng)技術(shù)。采用燃料動(dòng)力鋰電池使Mirai的續(xù)航距離超過(guò)500公里,而傳統(tǒng)電池驅(qū)動(dòng)汽車的續(xù)航距離惟有300公里。Mirai依賴燃料動(dòng)力鋰電池出現(xiàn)高達(dá)650V的電壓,從加壓的燃料箱中吸取出氫,但由于缺乏配套的基礎(chǔ)設(shè)施,Mirai的商業(yè)使用受到影響。今年三月,日本成為第一個(gè)具有100多個(gè)加氫站網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家,能夠?yàn)檫@些氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車供應(yīng)燃料供應(yīng)。早在2017年,本田和通用公司宣布合資計(jì)劃來(lái)開(kāi)發(fā)和加工燃料動(dòng)力鋰電池,德國(guó)汽車制造商戴姆勒的一家子公司也一直在針對(duì)汽車和其他使用(包括數(shù)據(jù)中心)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。
就基本原理而言,燃料動(dòng)力鋰電池是由一疊層質(zhì)子交換膜(也稱為聚合物電解質(zhì)膜(pEM))構(gòu)成,該質(zhì)子交換膜使用鉑催化劑將氫與氧結(jié)合,從而釋放出能量,但沒(méi)有與汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的有害物排放。過(guò)去二十年來(lái),許多公司,尤其是巴士制造商(其中氫燃料的較低成本能夠具有更重大的意義)一直在開(kāi)發(fā)燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)。隨著越來(lái)越多的公共汽車轉(zhuǎn)換到電力推進(jìn),使用燃料動(dòng)力鋰電池將變得更加可行,或者二者一起使用,甚至最終完全替代電池。這里舉一個(gè)例子,ballardpowerSystems正在為加利福尼亞的Calstart供應(yīng)其30kWFCveloCity-MD燃料動(dòng)力鋰電池模塊,用于大洛杉磯地區(qū)的UpS運(yùn)輸車以減少空氣污染。燃料動(dòng)力鋰電池也被用作車程擴(kuò)展器(rangeextender),在將來(lái)五年將使1500輛UpS電動(dòng)汽車有更多時(shí)間行駛在路上。
英國(guó)通過(guò)低排放車輛辦公室(OLEV)也正在采取同樣的做法,他們已經(jīng)啟動(dòng)了2300萬(wàn)英鎊的預(yù)算用于氫燃料運(yùn)輸計(jì)劃(HydrogenTransportprogramme),目的是開(kāi)發(fā)燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)并擴(kuò)展加氫站網(wǎng)絡(luò)。第一階段是要供應(yīng)高達(dá)900萬(wàn)英鎊的投資,在2018/19年期間完成7個(gè)此類加氫站建設(shè),以支持燃料動(dòng)力鋰電池汽車和貨車。第二階段將供應(yīng)高達(dá)1400萬(wàn)英鎊的資金,用于建設(shè)更多加氫站。這些數(shù)字突顯了構(gòu)建加氫站所需基礎(chǔ)設(shè)施的成本。作為該項(xiàng)目的一部分,利物浦的ULEMCo已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一款12kW燃料動(dòng)力鋰電池模塊,可以集成到日產(chǎn)汽車的電動(dòng)汽車中,以張大其續(xù)航里程。該系統(tǒng)位于日產(chǎn)e-NV200汽車的車頂部,因此不會(huì)減少裝載空間,車頂上的功率模塊將燃料動(dòng)力鋰電池連接到電池。有關(guān)1.6kg/天的加氫量,能夠供應(yīng)150英里的里程,使標(biāo)準(zhǔn)e-NV200汽車的續(xù)航里程可以翻倍。
美國(guó)的Nuvera公司則在用ballard的pEM堆棧來(lái)提高貨車/公共汽車的續(xù)航里程。這家公司正在與bAESystems(緊要從事設(shè)計(jì)將燃料動(dòng)力鋰電池和電池整合在一起的混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng))合作,使筆直以壓縮天然氣(CNG)為燃料運(yùn)行的公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性大致提高一倍。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的機(jī)遇
燃料動(dòng)力鋰電池還可用于使海上平臺(tái)檢查的無(wú)人飛行器(UAV)具備更遠(yuǎn)距離的航程,能夠供應(yīng)高質(zhì)量的攝影、精確的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、以及包裹交付等。IntelligentEnergy公司開(kāi)發(fā)了一種重量較輕的燃料動(dòng)力鋰電池,可以實(shí)現(xiàn)基于電池?zé)o人機(jī)三倍的典型飛行時(shí)間,并具有添加燃料更快的額外優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)商pINC正在將其用于庫(kù)存機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)品的一部分,該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)空中實(shí)時(shí)庫(kù)存跟蹤。pINC空中無(wú)人機(jī)可以讓公司使用無(wú)人機(jī)技術(shù)結(jié)合RFID傳感器和攝像頭來(lái)檢查庫(kù)存,而燃料動(dòng)力鋰電池則可以供應(yīng)更長(zhǎng)的工作時(shí)間,從而提高加工率水平。
數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的可能性
燃料動(dòng)力鋰電池也在用于數(shù)據(jù)中心的能源管理。早在2012年,蘋(píng)果公司就開(kāi)始利用這一技術(shù)來(lái)幫助一個(gè)位于加州的數(shù)據(jù)中心供電。今朝,戴姆勒及其子公司NuCellSys正在與梅賽德斯-奔馳研發(fā)部門(Mercedes-benzResearch&Development)合作,加速燃料動(dòng)力鋰電池的使用擴(kuò)展,以便能夠以這種方式為更多數(shù)據(jù)中心供電。
到2020年,美國(guó)的數(shù)據(jù)中心預(yù)計(jì)每年將消耗1400億千瓦小時(shí)的電能,因而目前對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的興致與日俱增。上述耗電量相當(dāng)于約50個(gè)發(fā)電廠的年發(fā)電量,因此用氫燃料動(dòng)力鋰電池實(shí)現(xiàn)本地發(fā)電自然具有非常大的吸引力。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
微軟還推出了一個(gè)數(shù)據(jù)中心試驗(yàn)室,其中每個(gè)服務(wù)器機(jī)架都有自己的燃料動(dòng)力鋰電池供電。位于西雅圖的先進(jìn)能源試驗(yàn)室(AdvancedEnergyLab)將供應(yīng)有關(guān)燃料動(dòng)力鋰電池要怎么樣整合到數(shù)據(jù)中心的信息和見(jiàn)解,從而能夠很大程度地減少這些場(chǎng)合的能源消耗。在這種情況下使用的電池可以筆直從天然氣管線獲得燃料,燃料動(dòng)力鋰電池安裝在每個(gè)服務(wù)器機(jī)架的上方,并將氣體供給電池以滿足其功率要求。
Equinix則正在采取不同的方式為美國(guó)的12個(gè)數(shù)據(jù)中心供電。它使用的是bloomEnergy的燃料動(dòng)力鋰電池,所采用的是專有的固體氧化物技術(shù),而不是液態(tài)氫或天然氣。
然而,非得指出的是,目前的燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)是依賴鉑作為催化劑,這是一種昂貴的材料。為了戒備這一問(wèn)題,ballard一直在與日本Nisshinbo公司合作開(kāi)發(fā)非貴重金屬催化劑(NpMC),新型NpMC材料已被集成到叉車用30W燃料動(dòng)力鋰電池堆疊中。
不同的電池類型
為了完全克服與氫有關(guān)的困難,澳大利亞墨爾本皇家墨爾本理工大學(xué)(RMITUniversityinMelbourne)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種可再充電的“質(zhì)子電池”,它將燃料動(dòng)力鋰電池和固態(tài)氫儲(chǔ)存裝置整合在一起。碳電極與水中質(zhì)子的結(jié)合使得這種電池具有領(lǐng)先的能源優(yōu)點(diǎn),同時(shí)在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面也具備可行性。
用質(zhì)子給電池供應(yīng)能源可能比使用稀有礦物資源的鋰離子電池具有更高的性價(jià)比。碳是質(zhì)子電池中使用的緊要材料,與金屬儲(chǔ)氫合金和可再充電鋰離子電池所需的鋰相比,碳在自然界含量豐富且價(jià)格便宜。水分析出現(xiàn)質(zhì)子,然后儲(chǔ)存在碳陰極中,電池可以由這些質(zhì)子充電,隨后釋放并通過(guò)燃料動(dòng)力鋰電池用以發(fā)電。第一個(gè)原型樣機(jī)單位質(zhì)量能夠存儲(chǔ)與使用酚醛樹(shù)脂制成的多孔活性碳電極鋰離子電池同樣多的能量,并出現(xiàn)1.2V電壓。