氢能-燃料电池-电堆-中国氢能与燃料电池网企业最佳宣传推广平台

歡迎您訪問中國氫能與燃料電池網(wǎng)
制氫   |  儲氫   |  運(yùn)氫   |  加氫   |  燃料電池   |  氫能汽車   |  冶金   |  其他
當(dāng)前位置: 中國氫能與燃料電池網(wǎng)>技術(shù)應(yīng)用 >燃料電池 > 氫能及燃料電池科普:氫燃料電池發(fā)動機(jī)

氫能及燃料電池科普:氫燃料電池發(fā)動機(jī)

2023-08-04 來源:白云新能源 瀏覽數(shù):1332

燃料電池發(fā)動機(jī)是一種通過電化學(xué)反應(yīng)直接將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。該工藝不涉及燃燒,無機(jī)械損耗,能量轉(zhuǎn)換率高,產(chǎn)品只有電、熱、水,運(yùn)行穩(wěn)定,噪音低。被稱為“環(huán)保發(fā)動機(jī)”。

  01定義
 
燃料電池發(fā)動機(jī)是一種通過電化學(xué)反應(yīng)直接將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。該工藝不涉及燃燒,無機(jī)械損耗,能量轉(zhuǎn)換率高,產(chǎn)品只有電、熱、水,運(yùn)行穩(wěn)定,噪音低。被稱為“環(huán)保發(fā)動機(jī)”。
 
 
氫燃料電池發(fā)動機(jī)由電堆、氫氣循環(huán)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)六大部分組成。
 
(1)電堆
 
作為氫燃料電池發(fā)動機(jī)的核心部件,電堆是氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的地方。電堆由雙極板和膜電極組成,催化劑、質(zhì)子交換膜和碳布/碳紙構(gòu)成膜電極。
 
(2)氫氣循環(huán)系統(tǒng)
 
氫氣循環(huán)系統(tǒng)由減壓閥、電磁閥、回氫泵、氫氣濃度傳感器和管路組成。來自氣瓶的高壓氫氣通過減壓閥降低氫氣壓力,由電磁閥控制氫氣進(jìn)入電堆。氫回流泵回收堆反應(yīng)后的剩余氫,重新注入電堆中,提高氫氣利用率。
 
(3)空氣供應(yīng)系統(tǒng)
 
空氣供應(yīng)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成:空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)/鼓風(fēng)機(jī)、中冷器、空氣加濕器。
 
(4)水熱管理系統(tǒng)
 
水熱管理系統(tǒng)由水泵和水溫傳感器兩大部分組成,類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的小循環(huán)散熱系統(tǒng)。氫燃料電池發(fā)動機(jī)冷卻液是由去離子水和乙二醇水溶液按一定比例配制而成的溶液。
 
(5)電控系統(tǒng)
 
氫燃料電池發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)控制器(FCU)和各種傳感器組成。
 
(6)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
 
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是指數(shù)據(jù)采集器。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可以隨時(shí)監(jiān)控氫燃料電池發(fā)動機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)和狀態(tài),如發(fā)動機(jī)位置、運(yùn)行狀態(tài)、各種傳感器參數(shù)等,對各種參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,并對異常參數(shù)實(shí)時(shí)報(bào)警、記錄。
 
02氫燃料電池發(fā)電效率
 
系統(tǒng)發(fā)電效率=可逆熱力學(xué)效率(94.53%,25℃)×電化學(xué)效率×燃料利用率×系統(tǒng)部件效率(除去各子系統(tǒng)部件損耗):
 
(1)可逆熱力學(xué)效率
 
代表燃料分子和氧氣分子完全反應(yīng)產(chǎn)生的能量,用來作功的最大值(需考慮熱力學(xué)第二定律的約束)。
 
 
電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電本質(zhì)上是基于氧化還原反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移,氣態(tài)水變液態(tài)水的過程沒有什么貢獻(xiàn),因此,氫氣發(fā)電要用低熱值。根據(jù)熱力學(xué)第二定律:不可能制成一種循環(huán)動作的熱機(jī),從單一熱源取熱,使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓ㄩ_爾文表述),即不可能把1公斤氫氣和氧氣燃燒放出來的熱量全都用來作功(變成電能)而不引起變化。這個(gè)變化,正是以“熵”為特征的熱。因此,任何裝置使用化學(xué)能(燃料)發(fā)電作工,都有一個(gè)天然的極限轉(zhuǎn)換效率。對于燃料電池來說,即可逆熱力學(xué)發(fā)電效率,就是燃料電池能達(dá)到的最高理論發(fā)電效率。
 
 
常溫(25℃)下,理論上1kg氫氣可以發(fā)500mol*241.8/3600kJ=33.58度電;按照目前燃料電池系統(tǒng)額定工況發(fā)電的最高額定效率算(60%,已包含可逆熱力學(xué)效率),實(shí)際上1kg氫氣可以發(fā)500mol*241.8/3600*60%=20.15度電。
 
(2)電化學(xué)效率:電化學(xué)反應(yīng)過程中是存在損耗的,主要來源于反應(yīng)過程中的極化現(xiàn)象,包含歐姆極化,電化學(xué)活化極化和氣體擴(kuò)散極化(濃差極化)。電化學(xué)效率是衡量燃料電池電堆技術(shù)水平的關(guān)鍵。
 
(3)燃料利用率:燃料參與反應(yīng)的比例。有的燃料電池可以通過循環(huán)泵,把流過電堆但沒有參與反應(yīng)的燃料再次循環(huán)利用,所以利用率就會很高,但也會有損失;有的燃料電池把沒有參與反應(yīng)的燃料給燒掉,以熱能形式輸出,此時(shí)燃料利用率就只能算參與反應(yīng)的比例。
 
(4)系統(tǒng)部件效率:水管理、熱管理、氣體(氫氣、空氣)供應(yīng)、控制-電管理等子系統(tǒng)部件需要消耗一定的能量(電或熱)。
 
如果采用熱電聯(lián)供,還需要加上熱利用效率,即:
 
系統(tǒng)綜合效率=系統(tǒng)發(fā)電效率+熱利用效率
 
熱利用效率:被利用的熱能/輸入燃料的能量。需要注意:必須是對外輸出、產(chǎn)生熱效益的部分才算“被利用的熱能”。比如常見的高溫燃料電池——固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)——工作溫度高達(dá)600——1000℃,排出的氣體都會有高品位余熱,可用于家庭、商業(yè)場所、公共單位的熱水供應(yīng)、冷鏈、生鮮超市、數(shù)據(jù)中心的高溫蒸汽聯(lián)合制冷機(jī)制冷。
 
熱電聯(lián)供往往是高溫燃料電池才有的技能,常見的低溫燃料電池,如質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)和堿性燃料電池(AFC),相對來說,回收熱能十分有限。
 
03氫燃料電池系統(tǒng)幾大性能指標(biāo)
 
(1)質(zhì)量功率密度與體積功率密度
 
指單位質(zhì)量或體積下電堆或者系統(tǒng)的輸出功率,是目前燃料電池領(lǐng)域產(chǎn)品性能先進(jìn)性和系統(tǒng)集成度的重要衡量指標(biāo)之一,該指標(biāo)相比額定與峰值功率更能反映燃料電池及系統(tǒng)的集成能力以及在整車布置環(huán)境中的實(shí)際效用。高的質(zhì)量功率密度有利于提高整車的有效載荷和降低燃料消耗,代表系統(tǒng)及其零件的集成度越高,也代表零件布置得越緊湊;同時(shí)該參數(shù)越高也代表在同等質(zhì)量條件下系統(tǒng)能輸出更高的功率。高的體積功率密度有利于電堆或者系統(tǒng)在整車上的布置,特別是對于布置空間相對受限的乘用車。
 
(2)電極功率密度
 
指電堆中每節(jié)單電池單位活性面積的發(fā)電功率,單位為W/cm2,這項(xiàng)指標(biāo)是衡量電堆在一定效率下發(fā)電能力的關(guān)鍵指標(biāo),取決于膜電極、雙極板各自性能水平,也取決于膜電極和雙極板的匹配集成水平,是電堆性能水平的關(guān)鍵指標(biāo)。
 
(3)額定功率
 
指該電堆或系統(tǒng)可以連續(xù)穩(wěn)定長時(shí)間運(yùn)行的最大功率,是測量燃料電池電堆或系統(tǒng)做功能力的重要指標(biāo)。
 
(4)系統(tǒng)低溫啟動能力
 
指燃料電池汽車在低溫寒冷環(huán)境下能夠滿足快速啟動的能力。
 
(5)動態(tài)性能驗(yàn)證
 
車輛實(shí)際運(yùn)行過程中,隨著路況變化(怠速,加速,減速和勻速),燃料電池堆輸出功率會隨著載荷變化。壽命和耐久性一般通過時(shí)間參數(shù)來表征,一般是20000h。
 
為何工況會影響燃料電池壽命?工況會引起缺氣和電壓頻繁變化,造成燃料電池堆的衰減。開路,低載荷怠速工況,該工況會引起陰極高電勢,造成燃料電池堆的衰減。過載工況,會引起缺水和水淹造成燃料電池衰減。啟停工況,環(huán)境空氣的侵入會引起陰極高電勢,造成燃料電池堆的衰減。
 

【延伸閱讀】

標(biāo)簽:

閱讀上文 >> 續(xù)航800公里!豐田氫燃料電池車第二代Mirai正式上線
閱讀下文 >> 航天氫能以航天力量“氫”力打造燃料電池汽車示范應(yīng)用新典范

版權(quán)與免責(zé)聲明:
凡注明稿件來源的內(nèi)容均為轉(zhuǎn)載稿或由企業(yè)用戶注冊發(fā)布,本網(wǎng)轉(zhuǎn)載出于傳遞更多信息的目的,如轉(zhuǎn)載稿涉及版權(quán)問題,請作者聯(lián)系我們,同時(shí)對于用戶評論等信息,本網(wǎng)并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性;


本文地址:http://m.mayaikhotel.com/Technology/show-1126.html

轉(zhuǎn)載本站原創(chuàng)文章請注明來源:中國氫能與燃料電池網(wǎng)

按分類瀏覽

點(diǎn)擊排行

圖文推薦

推薦技術(shù)應(yīng)用

主站蜘蛛池模板: 联系我们果博东方在线开户客服电话:19038688886 - 黑龙江旺广机械设备有限公司 | 昆明纸箱厂-礼盒定制-包装盒定做-纸箱厂-云南包掌柜包装有限公司 | 永磁电机,防爆电机,调速电机,永磁同步电机_河南华信电机股份有限公司 | 皮带清扫器-皮带聚氨酯合金空段输送带清扫器刮刀厂家-衡水格锐特机械科技有限公司 | 化工招聘网 化工人才网|化工英才网-化工企业招聘首选网站 | 金属网帘|金属帘|装饰网帘|金属环网|金属幕墙网|金属垂帘|金属扣帘-安平县名图金属丝网制品有限公司 | 芜湖液压配件-液压过滤器滤芯-水过滤器-芜湖新俊液压设备有限公司 | 葡萄糖酸钠_食用葡萄糖_精萘-安徽鹏腾实业有限公司 | 监控工程,安防监控公司,北京监控安装,北京安装监控,安装摄像头,北京监控维保,监控施工,北京监控维修,监控弱电工程,监控器安装,监控维护保养,监控工程设计,北京监控设备维修,监控报警安装,北京北方合力科技有限公司 | 昆明塑料包装袋|云南塑料包装袋|昆明塑料袋厂家|云南茶叶大米蔬菜种子食品包装袋就来阮门包装有限公司 | 深圳汽车贴膜_深圳全车车身改色贴膜|UPPF隐形车衣官网 | 模温机_厂家_现货供应-卡塞尔机械(浙江)有限公司 | 山东宇帆航空科技有限公司官网 | 湖南一体化污水处理设备_二氧化氯发生器_一体化净水处理设备_消毒设备厂家-湖南东环环保科技有限公司 | 西安宣传片拍摄,陕西艺景网络科技有限公司资料备份,西安影视公司,视频拍摄制作,抖音视频制作,纪录片拍摄西安短视频摄影团队,西安抖音视频拍摄 | 九江中澳钽铌有限公司| 噪声治理_噪音治理公司「杭州创雅环境科技」 | 天津佳创博为科技有限公司|AGV控制器|无人搬运车|磁导航传感器|AGV专业零配件 | 金亨木业建筑模板_清水模板_覆膜板_金亨木业建筑模板厂家批发 | 湖南净声源环保科技有限公司是一家专业从事噪声治理和建筑声学设计生态环境综合治理服务的企业,专业从事株洲电梯隔音治理,湘潭中央空调降噪处理,衡阳邵阳冷却塔噪音治理,岳阳常德大型风机噪声隔音降噪,张家界空压机噪声治理,益阳配电房变压器噪声治理,专业郴州永州工厂企业车间噪声治理,怀化娄底专业机械设备减振降治理,武汉噪音治理隔音降噪公司,孝感噪音治理,立式球磨机的噪声控制,专业隔音降噪公司,、以及各类机械动力设备减振降噪噪声治理的公司,同时为客户提供咨询与解决方案 | 数控滑台,机床滑台,十字滑台,直线滑台,三轴滑台,立柱滑台厂家-泊头市北重机械制造有限公司 | 陶瓷透水砖-透水砖厂家-淄博天之润生态科技有限公司 | 永康风水大师选风水先生老徐 - 徐根法 | 阴_阳离子聚丙烯酰胺价格_聚合氯化铝厂家_聚合硫酸铁-巩义市亿洋水处理材料有限公司 | 通用变频器|国产变频器|深圳变频器厂家-深圳市英捷思技术有限公司 | 精密铸造,精密铸件,不锈钢铸造,不锈钢铸件-常州鸿雁行机械科技有限公司 | 深圳浪琴维修服务中心_浪琴售后保养服务网点_地址 | 限矩型液力偶合器_调速型液力偶合器_摩擦型耦合器生产厂家-河南省华升矿机有限公司 | 西门子伺服电机维修_西门子变频器维修_西门子伺服驱动器维修_数控系统维修_PL维修-上海仰光电子 西克制冷官网│制冷机组冷风机冷库设备厂家-西克制冷(无锡)有限公司_西克制冷(无锡)有限公司 | 免费照片视频制作软件_照片做成视频的软件_制作照片视频的软件 - 万彩影像大师官网 | 景观造雾_人造雾设备_雾森系统_冷雾降温_雾化消毒_喷雾除尘厂家-成都景程雾森 | 山东宇帆航空科技有限公司官网 | 篮球场围网|网球场围网|球场围网|体育场围网_安平县炎煌丝网制品有限公司 | 济南晨阳科技有限公司-锅巴生产设备-夹心米果设备-膨化食品机械 集装箱零配件_不锈钢丝绳厂家_镀锌铁链条_合页非标件定制_上海英鑫多实业有限公司 | 声测管厂家_注浆管现货_桩基声测管_河北沧州新迈实业有限公司 | 在线BMI计算器 - 免费计算身体质量指数(BMI)| 华药药业集团|华药修医师|修医师浸膏|河南华药药业有限公司 | 烟气在线监测系统_VOCs在线监测_分析仪「杭州世驰科技」 | 水性漆_水性漆厂家_水性涂料加盟代理_两只璧琥全漆定制官网 | 山西华盛筑景装饰,山西专业公装公司,太原公装装修公司,包括:办公室,酒店宾馆,商铺店铺,学校幼儿园,会所会馆饭店餐馆等装修设计 | 四川蜀易控科技有限公司-酒店客房控制系统-智慧酒店智能化客房控制系统生产厂家 |