燃料电池主要分为六大子系统,其中燃料电池堆是整个系统的电化学反应场所,其他子系统相互协调确保为电堆电化学反应能够正常、高效、可靠的工作。1.电堆,电堆作为氢燃料电池发动机的关键部件,氢气与氧气发生化学反应产生电能的场所。电堆由双极板和膜电极两大部分组成,催化剂、质子交换膜和碳布/碳纸构成了膜电极。2.氢气供给循环系统。氢气供给循环系统是由减压阀、电磁阀和氢气回流泵、氢气浓度传感器及管路组成。来自气瓶中的高压氢气经过减压阀使得氢气压力降低,通过电磁阀控制氢气进入电堆,氢气回流泵将电堆反应后剩余的氢气回收重新输入电堆中,提高氢气能源利用率。氢能技术的发展需要克服技术瓶颈和市场障碍,推动实现商业化应用。南通氢能技术服务报价
对车用燃料电池发动机在实际运行条件的性能变化进行数据跟踪,可以得到燃料电池发动机实际运行中输出电压的缓慢变化,即同样电流(电流密度)及工作条件下,输出的功率降低了。以小时为间隔的电压衰退率单位为μV/h。不同时间段极化特性曲线变化及不同电流下输出功率变化不同。安全性是指燃料电池发动机能够安全工作,避免对人、设备或自身造成伤害的能力。由于涉及可燃气体氢气和各种电气设备,要求燃料电池发动机能够在不发生事故的前提下正常工作,而不对人或财产造成损失。 氢安全:(1)、供氢系统的安全要求及规范:1)、氢气系统应严防泄漏,所用的仪表及阀门等零部件密封应确保良好,确保定期检查,对设备发生氢气泄漏的部位应及时处理。2)、对氢气系统中的管道和阀门等连接点进行漏气检查时,应使用中性肥皂水或携带式可燃气体检测报警仪,禁止使用明火进行漏气检查。携带式可燃气体检测报警仪应定期校验。四川氢能源实训室建设企业氢气在储能和航空航天等方面也有普遍应用。
供氢系统将氢从氢气罐输送到燃料电池电堆,由空气过滤器、空气压缩机和加湿器组成的供气系统为燃料电池堆提供氧气,水热管理系统采用单独的水和冷却剂回路来消除废热和反应产物(水)。在供氢系统中,空压机是车用燃料电池发动机的“肺”,提供电堆反应所需的氧气。空压机主要由电机及其控制器、空气泵及辅助部件组成。从相关企业布局情情况来看,国家电投正在建设中关村延庆氢能产业园,一期延庆园加氢站、二期冬奥配套制氢站已建成,三期研发测试区计划今年开工建设。其中,一期加氢站每天可为60辆氢燃料客车或200辆中小型氢燃料车辆提供加氢保障。
电堆成本&使用成本之前普遍认为膜电极上催化剂铂(Pt)价格过高是制约成本下降的因素,但目前铂的负载量从10mg/cm2降到了0.02mg/cm2,降低了近200倍,和传统车用的三元催化剂的含量差不多。尽管如此,电堆成本依然在1.5~2万/kw这个数量级。一辆B级车若采用30kw的燃料电池系统,则只是发动机需要约50万元。在使用成本方面,目前在美国1kg氢气约70RMB,在日本约55RMB,国内约40RMB。根据上面计算的车辆百公里消耗1kg氢气计算,每公里差不多是0.4元,和汽油车差不多在同一个数量级。和采用锂电池的BEV的0.1元/公里相比还是有差距。4.基础设施。制氢技术的发展可以解决氢能技术的经济性和可持续性问题。
为保证燃料电池稳定高效运行,同时提高氢气利用率,通常采用氢气循环的方法,即氢气把电堆内部生成的水带出后,经水气分离装置将液态水分离,再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用,同时对新鲜氢气进行加湿。传统循环泵在涉氢涉水环境下,易发生“氢脆”,氢循环泵在结构和材料的设计上不同于传统循环泵,技术难度要高很多,氢循环泵需要具备密封设计好(氢气容易泄露)、耐水性强(经过电堆反应后剩余的氢气带有少量水蒸气)、流量大(适应大功率电堆)、压力输出稳定(低压转为高压)、无油(保证氢气纯度)等特点。氢循环泵难度较大,目前国内产品处于研发验证阶段,尚不成熟,国内系统企业主要是进口德国普旭氢循环泵,普旭在中国市占率达到90% 。氢燃料电池车是可持续交通的重要组成部分。四川氢能源实训室建设企业
氢能技术的实现需要相关单位、工业和学术界的合作与支持。南通氢能技术服务报价
目前国内燃料电池系统的使用寿命一般在3000~5000小时左右,国外技术较为公司的产品可达10000小时左右。导致电堆寿命衰减主要由电堆老化、辅助系统因素、环境因素等方面引起。希望提升燃料电池整体寿命是一项系统工程。电堆老化包括:质子交换膜衰退、催化剂层衰退、碳基腐蚀、双极板退化等。辅助系统因素包括:空气压缩机滤油能力不佳、增湿器加湿能力不佳、热管理能力不佳等。环境因素包括:工作温度、气压条件、运行工况等。例如:燃料电池的输出功率主要由燃料供给速率决定,也就是氢气和氧气的供给能力。氢气由于存储于高压瓶内,本身处于高压状态,故可以实现高的供给效率,而空气需要由空气压缩机压缩加压再输入,在燃料电池的全生命周期里进风量可达50万m³以上,若空压机不具备良好的滤油能力,长期使用将有大量杂质损伤膜电极组件(MEA)。南通氢能技术服务报价