氢在应用中已初露锋芒、燃料电池是“电池家庭”中的新星
来源：宝鄂实业
2019-03-30 14:13
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近十几年来,氢能作为特殊的用途,已显露出它独特的风韵,特别是氢用作燃烧能源的优点,对重量特别敏感的航天、航空领域,显得格外突出;在汽车、轮船、发电、家庭等方面使用也已初露锋芒。地球上已发射了许多太空火箭和宇航飞行器,有的上了月球,有的还跑到火星上去。它们靠什么力量有如此大的神通?原来是氢能帮他们架起了登天的云梯,液氢燃料巨大的推力,使庞大的火箭载着各种宇航飞行器升上太空。
如果没有氢能,单靠石油和煤炭是办不到的。在航空方面,氢作为动力燃料也已经开始“飞”上飞机的试飞航线。1989年4月,前苏联用一架图—155运输客机改装的氢能燃料实验飞行试飞成功,它为人类应用氢能迈出了成功的一步。美国也在积极研究开发在飞机上使用液氢的工作,并已取得成效。在汽车应用方面,成效更为显著。1990年,德国展出了一种用氢能运转的5升BMW7系列汽车。这标志着利用氢能有了良好的开端。
日本马自达公司也试制了氢能汽车,它利用计算机控制氢泵和管道阀门,使液氢的温度在发动机点火之前始终保持-253℃,行驶时,时速可达每小时125千米。日本在研制氢燃料汽车的新型火花点火式发动机上取得了成功,使燃料汽车向实用化迈进奠定了物质基础。氢气还可以用来制成燃料电池直接发电。燃料电池和氢气与蒸汽联合循环发电,能量转换效率比火力发电站最大热效率要高近1倍,可达70%~80%,这无疑是非常诱人的一个重要用途。
很久以前就有人预言,随着电的深入千家万户,给人们生活带来了光明、欢乐与方便,氢将是更受人们欢迎的能源。也许一条输氢管道进入住户,将代替煤气、热力和输电各种管线,人们可以用氢能采暖、制冷、洗浴和炊事。现在,氢能用于上述各个单项的技术都已实现,真是万事俱备,只欠东风,一旦大量的廉价制氢技术出现突破,人们的理想就不难实现。《神秘岛》中所描绘的氢能世界也将不再是幻想。
为什么说燃料电池是“电池家庭”中的新星
尽管,早在100多年前,人们就发现了燃料电池的原理,但直到1932年,科学家才在理论上进行了论证,为研制现代燃料电池打下了基础;1958年,燃料电池诞生了,它的输出功率为5千瓦,工作温度为200℃,所产生的电力足以开动风钻和电力。20世纪60年代,燃料电池作为“阿波罗”等宇宙飞船的电源,为宇宙开发立下了汗马功劳。虽然,燃料电池也是电池家族的成员之一,但它与干电池、蓄电池都不一样,它的化学燃料不是在电池内部,而是像往锅炉里添加煤一样,可以根据电池工作的需要,从外部源源不断地向其提供化学燃料。
在催化剂的作用下,燃料中的氢、甲醇等和氧化剂中的氧发生化学反应生成水,同时向外输出电流。燃料电池又是怎样将蕴藏燃料中的化学能转化成电能的呢?在结构上,燃料电池和蓄电池相似,也是由正极、负极和电解质三部分构成。正、负极大都是用铁和镍等惰性、微孔材料制成的。将空气或氧气从电池的正极输送进去,将氢气、甲醇、天然气、煤气等气体燃料从负极输送进去,此时,在电池内部这些气体燃料和氧气发生化学反应,于是,燃料的化学能便直接转变成了电能。
燃料电池这种直接转化能量的方式,其发电效率远远高于火力发电。目前,先进的火力发电的效率最高也只有38%~40%,而燃料电池总的转换效率可能达到80%。而且它在发电的同时,还可获得优质的水蒸气。20世纪70年代以来,各种燃料电池技术发展迅速。第一代磷酸盐型的燃料电池早已实现商业化运行,日本已建成4500千瓦和1100千瓦的实用电站,发电成本接近常规火电。
第二代融熔碳酸盐型燃料电池也已基本过关,发电效率达55%,成本与第一代差不多。第三代固体氧化物型燃料电池,发电效率可达66%,发电成本可望更低,目前正在加紧研究。燃料电池以其高效、洁净的独特优点而倍受人们关注,犹如电池家族中的一颗新星,正在冉冉升起。
汽车作为代步工具已经进入千家万户，成为人们生活中不可缺少的交通工具，随着科学技术的不断发展和人们对现代生活的升级需求，汽车上各种现代高科技设施在不断增设，造成汽车辅助性用电不断加强。而蓄电池作为汽车主要辅助电源，是汽车必不可少的部件之一，它的任务也在不断加重。如果我们使用和日常维护得当，蓄电池的使用寿命就会大大延长，反之则会造成其过早的报废，增加车主的使用费用和造成环境污染。那么应该如何进行汽车蓄电池的日常维护保养，应该养成什么样的开车习惯才能提高蓄电池的使用寿命呢？自己经过多年的汽车理论教学和实践操作，粗略归纳。
一、要注重了解蓄电池的功用 一些驾驶员不太重视蓄电池的功能，认为蓄电池无非就只是用来起动发动机，甚至认为起动发动机后完全可不用它了，所以不大注意蓄电池的维护和保养，正因为如此，造成汽车在运行过程中一些电子元件不必要的损坏。蓄电池究竟有哪些方面的功用呢？其主要表现在以下几个方面： 1．发动机在起动时，由蓄电池向起动机和点火系（汽油机）供电。 2．发动机低速运转时，由蓄电池向所有的用电设备和发电机励磁绕组供电。 3．发动机中、高速运转时，蓄电池将发电机剩余电能转化为化学能储存起来。 4．发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。 5．蓄电池还相当于一个大的电容器，能吸收电路中出现的瞬时高电压，保护电子元件，在保持汽车电气系统电压稳定方面也起着非常重要的作用。这个功用只有在蓄电池工作状态良好的情况下才能保证，这一点很容易被人们忽视。 如果我们清楚并重视这些功用，不但对提高蓄电池的使用寿命有好处，而且使你在汽车使用时更加顺心放心。
二、要注意蓄电池的日常维护 汽车蓄电池使用寿命的长短，一方面取决于蓄电池的结构和质量，另一方面与日常维护密切相关，所以我们在使用中应做到以下几点： 1．注意安装牢固和清洁维护 首先蓄电池在汽车上的安装要牢固可靠，防止汽车在行驶中产生的震动造成蓄电池内部极板损毁和外部电线连接松动。其次汽车用起动型蓄电池能够承受大电流短时间放电，但是小电流长时间放电就会导致蓄电池寿命降低；所以应经常清除蓄电池上的灰尘、泥水，以及接线柱和线头上的氧化物和加液口处溢出的电解液，保持清洁干燥，防止蓄电池自行放电。 2．注意及时充电 当蓄电池的电压不足且灯光暗淡、起动无力时，应及时进行车外补充充电。蓄电池的蓄电量可以在仪表板上反映出来。当电流表指针显示蓄电量不足放电三分之一左右时，就要及时充电，放电量超过三分之二以上为过放电。过放电充电时电流相对就较大，不利于活性物质的还原。有时在路途中发现电量不够了，发动机又熄火起动不了，作为临时措施，可以向其它的车辆求助；汽车在寒冷地区行驶，要避免蓄电池完全放电，以免电解液冻结。 3．定时检查 （1）检查蓄电池外壳是否有裂纹和电解液泄漏。 （2）经常检查蓄电池连接线是否牢固，所有活接头，必须保持接触良好，防止产生火花，引起蓄电池爆炸。例如经常检查蓄电池在支架上的固定螺栓是否拧紧，时常查看极柱和接线头连接得是否可靠；不要将金属物放在蓄电池上，以防短路；封口胶开裂要及时修复。检查电路各部分有无老化或短路的地方。 （3）定期检查蓄电池电解液密度及液面高度，检查蓄电池的放电程度，防止因过放电而早期退役。 （4）注意保持蓄电池的充电线路正常，蓄电池过度使用时充电指示灯不一定能正确的显示充电正常与否，可以采用下面的方法：晚上的时候让爱车保持怠速状态，打开车大灯，照射到某一个固定位置，眼睛盯住灯光的中心仔细看，然后急加油，看灯光是否突然变亮，变亮说明发电机和充电线路均正常。 （5）汽车临时停放注意夏天防曝晒，冬天防冷冻。汽车较长时间停放时，超过半个月应起动发动机中速运转半小时以上；再长时间停放最好拆下蓄电池单独存放保护。
三、要养成良好的开车习惯 在日常保养的基础上，还要养成良好的开车习惯，具体如下： 1．不要频繁起动车辆 每次起动发动机时不要超过5s，如果第一次起动失败，不要急于反复起动。从汽车的工作原理来说，此时连续起动电动机肯定会造成蓄电池过度放电而受损。因此再次起动时的时间间隔应超过15s以上。若连续3次仍不着车，应查找原因，排除故障所在。 2．熄火状态下不要长时间使用车内电器设备 这是大家在日常用车中经常遇到，也是比较容易忽略的问题。比如坐在车内休息、等人，为了省油不少驾驶员都会选择关掉发动机然后坐在车内听广播或者看DVD等，这样做省油的目的是达到了，但却会深深伤害到你的蓄电池。正确使用方法是在熄火状态下连续听广播尽量不超过30min，同时不建议大家在熄火状态下使用车载DVD等设备。 3．熄火状态下尽量不使用或少使用外接电源设备 外接电源设备诸如车用吸尘机、便携式充气泵等，切忌不要在车辆熄火状态下使用。由于这些设备的功率都比较大，在熄火状态下长时间使用很容易大量消耗蓄电池的电量，从而影响车辆的正常起动。此外，类似这样的“快速耗电”，对蓄电池本身也有不小的伤害。 4．停车后一定关灯和车载用电器 停车熄火时，忘记关车内照明灯，这是很多新车主容易犯的小错误。蓄电池经过一夜的消耗后，随时可能没电，起动不了汽车。尽量不要在车辆未起动时使用CD、点烟器等电气设备。行车过程中也少用各种车载用电器。 5．熄火前要先关闭空调 大多数车主习惯不关空调或让空调随着车辆起动后自动起动，这会造成每次打开车辆的点火开关后，空调系统会自动起动工作，后果是直接导致车辆瞬间功率负荷过高，时间一长会对蓄电池造成一定损耗。正确习惯应该是，每次到达目的地前，先关掉A/C按键，让冷风吹几分钟，以保证空调系统内部的干燥，减少细菌的滋生。然后在熄火之前关掉空调。每次着车之后，再起动空调。 6．能够预知蓄电池“罢工”前兆 驾驶员应对自己车辆的蓄电池性能状态作出正确判断，一般临近寿命终点的蓄电池，驾驶员在驾驶中可以有所感受和预判，譬如车停放几天就发现打不着火，油耗增加，在夏季开空调行驶时感觉车负担加重，车沉、油耗增加明显等。一般车主在蓄电池使用周期两年半左右时，常规保养就应检测蓄电池，这能起到预防作用。 总之，一般汽车蓄电池的使用寿命在2年左右，如果使用维护保养得当，可达到3-4年。我们在了解其功用的基础上，能够进行正确日常维护，且能养成良好的开车习惯，平时对蓄电池做到精心呵护，才能确保蓄电池在关键时不会掉链子！
