氢燃料电池能否取代电动汽车电池

汽车行业越来越一致地认为，陆地交通的未来是电力推进。然而，随着电动汽车作为一个概念重新出现(不要忘记在汽车时代的黎明，ICE和电动汽车并存)，关于如何为电动机提供电力存在争议?第一种选择是在车上使用电池组——这显然是当今更受欢迎的选择。不过，在氢燃料电池中还有另一种方法。

注意到当前电池技术的低能量含量，一些人提出了一种不同的方法。无需笨重的电池即可在汽车上发电。这项技术并不是真正的新技术，因为它在60年代首次被NASA用于在双子座和阿波罗登月任务中发电。有一些不同类型的燃料电池，但在汽车工业中几乎只使用质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

那么，我们如何在燃料电池中发电呢?这是一个相对简单的过程。燃料电池具有三个主要部分。阳极、阴极和隔板。在阳极中，H2从罐中供给。H2由两个电子和两个质子组成。带正电的质子穿过隔膜，而带负电的电子穿过外部电路，从而产生电流。

在阴极，空气中的氧气与氢气的质子(之前已通过隔膜)和外部电路的电子相遇。这种组合会产生水，然后从汽车的排气管中排出。可以饮用的排气管!

氢是宇宙中最丰富的元素，但它在地球上不能以自由形式存在。这意味着我们必须找到一种获取它的方法。目前有3+1种制氢方法。

所谓的灰色氢是通过天然气的蒸汽重整产生的。天然气被非常热和高压的水蒸汽轰击。该反应产生H2和CO2。这种制氢方式最不环保。

蓝色氢与灰色氢基本相同，但有一个根本区别。碳捕获和储存技术应用于提取过程，因此不允许二氧化碳进入地球大气层。

第三种生产氢气的方法是通过电解。这就是我们获得绿色氢的方式，该过程与燃料电池中发生的情况相反。它利用电流将水溶解到其建筑元素——氢和氧中。

+1方式是所谓的绿松石氢。在这个过程中，天然气通过产生氢气和碳的熔融金属。最后一项技术似乎很有前途，但尚未准备好广泛使用。

从目前可用的方式来看，绿色氢在可持续和环保生产方面具有最大的潜力，但前提是通过风能或太阳能等可再生能源产生必要的电力。

通过可持续电解生产氢气通过可持续电解生产氢气

氢态

有两种可能使用的氢状态。气体和液体形式，两者各有优缺点。

因为氢是宇宙中密度最小的元素，要在汽车中使用它必须被严重压缩。在目前的应用中，氢气被压缩到700巴。这是很大的压力，为此需要特殊且昂贵的油箱。

另一种选择是液体形式。但要液化氢气，必须将其冷却到绝对零以上20°C——即负253°C。很明显，要实现这两种形式的氢，我们需要使用能量——要么用于超高压缩，要么用于冷却。

使用氢气的优势是巨大的——1公斤氢气携带33.3千瓦时的能量。这意味着它每公斤携带的能量是目前最先进的电池组的167倍!

丰田Mirai的气态H2罐由聚酰胺和碳纤维制成丰田Mirai的气态H2罐由聚酰胺和碳纤维制成

电池与氢气

那么，最首选的方式是什么?携带电力或在汽车上生产电力?出于几个原因，汽车行业目前似乎偏爱电池组。

首先，PEMFC的效率在60%左右。天然气的蒸汽重整效率为70%，而电解的效率为75%。氢气的压缩效率约为89%，而液化氢气的效率约为66%。下表汇总了电池组和氢气之间的所有损失并进行了比较。对于氢气，已使用最有效的方案。

效率比较 氢 电池组

电解(%) 75 -

氢气压缩(%) 89 -

燃料/电网运输(%) 80 93

燃料电池(%) 60 94

永磁电机(%) 94 94

DC/AC转换(%) 93 93

收费(%) - 94

传播(%) 95 95

总效率(%) 27 73

根据上表的数据，燃料电池解决方案呈现出与汽油发动机内燃机汽车几乎相同的效率。就目前而言，燃料电池在乘用车中毫无意义。这就是为什么大多数制造商似乎偏爱电池组解决方案，即使它有其局限性。

还需要注意的是，同样的距离，加氢的成本是在家里给电动汽车充电的7-8倍。也许重型卡车有氢的空间，因为它的能量密度非常高，但前提是我们想出一种以可持续方式生产它的方法。

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