氢燃料电池是真正的黑色科技吗?
来源：宝鄂实业
2020-02-10 15:41
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氢燃料电池是真正的黑色科技吗?
最近，比亚迪(01211)向投资者透露，它正在开发氢燃料电池。实际上，今年5月，比亚迪与一家美国公司——混合动力电力公司——达成了一项协议，在氢燃料电池巴士上进行合作。
不仅是比亚迪，据了解，国内企业潍柴动力(02338)、长城汽车(02333)，先后布局氢燃料电池，日本丰田早在1992年就开始了氢燃料电池汽车的研究。
那么，这种让汽车制造商忙个不停的氢燃料电池是一种什么样的“黑色技术”呢?是什么让氢燃料电池汽车上路进行测试?
氢燃料电池:新能源的终极疗法?
铅酸电池是市场上动力电池的主要组成部分，而锂电池是燃料电池的一小部分。
无论燃料电池是否是新能源的最终解决方案，下面是一些数据。
铅酸电池和锂电池都是储能电池(二次电池)，即需要先充电再放电，其实质是金属元素氧化还原的可逆反应。以铅酸电池为例(如下图)。从左到右是放电过程，从右到左是充电过程。根据电子守恒，响应是2电子响应。锂电池的工作原理与此类似，但只有一个电子传递响应。
从周期表中可以看出，铅的分子量是207.2，锂的分子量是6.9，这意味着每运输一个电子，铅和锂的差值是103.6和6.9。
让我们看看氢燃料电池，氢和氧(空气)在阳极和阴极分离，在催化剂的作用下反应和放电。反应式告诉我们每个氢原子可以携带一个电子，携带一个电子所需的氢是1。
相比之下，氢燃料电池携带电子所需的质量比铅酸电池或锂离子电池要小，简而言之，需要更高的能量密度。氢能的能量密度具有明显的优势。
事实上，远不止这些。因为在实际响应中，电池的能量转换会有损耗，二次电池的充放电过程比燃料电池的直接放电损耗更为严重。由于不受卡诺循环的约束，燃料电池的理论能量转换功率可达90%以上，实际功率可达60%。
在实际应用的过程中,氢燃料电池也有储能电池的无可比拟的优势,也就是说,“收费五分钟,电池寿命为一千英里”,氢充电5分钟旅行500公里,在储能电池仍躺在充电桩产生能量。
从理论上讲，氢燃料电池可能是新车的终极解决方案，它结合了汽油动力汽车的高能量比、充电和运行的能力，以及超越储能电池的高转换功率的无污染优点。
为什么氢燃料电池汽车还没有上路?这就谈到了氢燃料电池汽车道路上的几个“路障”。
那么氢燃料电池汽车呢?
首先，如果一辆车想要上路，它必须不仅仅是一辆车自己的工作。它涉及氢的生产——储存和运输——加氢站——氢汽车充电。同一燃料电池系统的装配要求包括极板、电解质、交换膜、催化剂、疏松层等部件。
问题是，如何制造氢?目前主流制氢方法有煤制氢、氯碱副产物制氢、电解制氢等，这一弊端仍然十分明显。
相关分析表明，煤制氢更不用说煤化能在多几道工序中，假设氢中含有不纯的二氧化碳或一氧化碳，很容易毒害电池催化剂。氯碱副产氢的生产依赖于工业产品的生产布局，不适合大规模推广。
水电解制氢还需要其他能源——电能——化学能——电能的漫长道路，但假定初期的能源是清洁能源如风能、太阳能就好，假定是其他方法能源是一分钱一磅的。
此外，氢气是一种体积密度非常小的气体，这使得储存和运输非常困难。一是储能率低，二是安全性差。再加上现在氢站的布局少了，这是很不舒服的。
