氢能是以氢气为基础的能源,能量密度高,利用形式多样,可以燃烧发热,也可以在各种燃料电池中反应发电,被认为是像电能一样方便,而且有巨大潜力的二次能源。
氢能的利用大部分要通过燃料电池。燃料电池是一种近乎神奇的设备,包括空气系统、氢气系统、水冷系统,个头不大,功率很高。电池一端通入氢气,另一端通入氧气,氢气和氧气隔着离子交换膜在催化剂作用下发生反应,生成电能和热量,排放出的却是干干净净的水。这种电池叫做质子膜燃料电池,是一种低温燃料电池,应用领域广泛,小至电动自行车、小汽车,大至重载汽车、轨道交通工具、船舶均可使用。
由于氢气的能量密度很高,氢燃料电池汽车相比锂电池汽车,续航里程要大很多。锂电池汽车,电池重量达500公斤,充电时间需数小时,充满电仅能行驶大约300多公里。氢燃料电池汽车,5公斤氢就可以行驶500公里,加氢十分钟,性能与燃油车差不多。
对于重载汽车,比如长途卡车,如果用锂电池,动力会严重不足,续航里程较短。然而,氢燃料电池可以轻松拖动几十吨的卡车行驶数百公里。
除在汽车上使用低温燃料电池外,还有一种高温燃料电池,如固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等。这些电池的工作温度高达600℃到1000℃,即可使用氢,也可使用甲烷或天然气作为燃料,发电效率比低温燃料电池更高,可以作为发电站为社区和城镇提供电能和热量。
燃料电池可以在家庭中广泛应用。家用燃料电池系统通过氢管道获取氢气,生产电力和热水给家庭使用。与传统发电系统相比,家用燃料电池热电联供系统没有发电和输电的废热损失,能源利用效率高达80%,而大型发电机组发电效率最高也很难超过50%,加上长途输送损失,效率更低。
燃料电池起源于航空航天领域,随着技术的发展和成本的降低,必将广泛服务于千家万户。(裴善鹏 唐新征 张楠 整理)
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