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燃料电池轻量化发展趋势和应用前景

2023-12-15 09:12:32

氢燃料电池是一种通过氢气和氧气反应产生电能的装置。其基本原理是将氢气和氧气通过电化学反应转化为电能,并产生水作为副产品。与传统燃烧方式不同,氢燃料电池具有高效、零排放的特点,被认为是未来能源领域的重要方向之一。

 

一直以来,国内氢能应用聚焦燃料电池汽车,但燃料电池汽车的市场化还处于早期阶段,应用整体偏少。此外,2023年,呼吁补贴到位的声音此起彼伏,对终端车企以及燃料电池企业来说,补贴时间过于滞后,或将影响企业积极性,另外,第一批示范城市群的补贴也存在暂未到位的情况,这些因素都或将影响燃料电池汽车的发展情况。

 

当下,越来越多的企业开始开拓产品的多元化应用,为氢能找到其他同样科学有价值的应用。在这一波探索多元化应用浪潮中,不少企业已选择燃料电池轻量化应用市场。

 

燃料电池轻量化应用,一般是指对5kW及以下的燃料电池产品的应用,除了氢能自行车、摩托车,氢能无人机、氢能观光车等都属于这一范畴。从目前行业发展形势来看,燃料电池轻量化应用已然“起风”。

 

氢燃料电池轻量化的意义

 

氢燃料电池的轻量化是指在保证性能的前提下,减小氢燃料电池系统的重量。轻量化对于氢燃料电池的应用具有重要意义。

 

轻量化可以提高氢燃料电池系统的能源利用效率。由于电动车辆的动力系统需要携带电池组,因此重量的增加会导致能源消耗的增加。轻量化可以减少电动车辆的整体重量,从而提高能源的利用效率轻量化可以增加电池的使用寿命。

 

氢燃料电池的使用寿命受到多种因素的影响,其中包括电池的使用温度、压力、湿度等。轻量化可以减少电池的负荷,降低电池的工作温度,延长电池的使用寿命。轻量化可以提高电动车辆的行驶里程。由于轻量化可以降低电动车辆的整体重量,减少能源消耗,因此可以提高电动车辆的行驶里程。这对于提高电动车辆的竞争力具有重要意义。

 

 

氢燃料电池轻量化的发展趋势

 

随着技术的不断发展,氢燃料电池轻量化的研究也取得了一系列的进展材料的研发和应用是氢燃料电池轻量化的重要方向。

 

材料方面,目前,研究人员正在探索新的材料,如碳纳米管、金属有机骨架等以替代传统的重型材料。这些新材料具有重量轻、强度高等特点,可以有效降低电池系统的重量。

 

氢燃料电池组件的优化也是轻量化的重要手段。研究人员通过改进氢燃料电池的结构设计,减少不必要的部件和连接件从而降低整个系统的重量。例如,采用薄膜电解质、减少电极面积等技术可以有效降低电池组件的重量。那么,燃料电池轻量化的难点有哪些呢?

 

电堆的功率密度提升:这点涉及的内容比较多,包括核心的膜、催化剂、扩散层、极板这些关键材料和零部件有很大影响,集成工艺和设计对提升电堆功率密度的影响也非常大。

 

系统的集成度:系统集成和优化是实现氢燃料电池轻量化的关键。通过优化系统的结构和功能,可以提高系统的整体性能,并降低系统的重量。例如,采用智能控制系统、增加能量回收装置等技术可以提高系统的效率,减少能源的浪费。此外,系统的集成度和整个产业的配套有很大关系,需要各个子系统和关键零部件产业化发展的推动。随着系统开发的深入,很多在功能器件上的重叠需要进一步整合,像目前推出的多合一燃料电池控制器,带氢气回流的引涉装置都是为了进一步提升系统的集成度而产生的新的器件。随着产业化的持续深入,必将会有更多集成度更高的新的零部件产生。

 

燃料电池的工作温度和散热能力的提升:燃料电池工作温度相对较低,在应用时散热系统占据了大量的空间,尤其是在近年来重卡等大功率应用场合散热问题尤为突出,高效的燃料电池散热技术吸需突破。

 

氢燃料电池轻量化的应用前景

 

氢燃料电池轻量化的应用前景广阔。目前,氢燃料电池已经广泛应用于两轮车、汽车、无人机、移动电源等领域。

 

在汽车领域,轻量化是提高氢燃料电池汽车续航里程的关键。随着氢燃料电池轻量化技术的不断发展,汽车的续航里程将会大大提高,从而促进氢能汽车的普及和推广。燃料电池汽车的轻量化,既是把控整车重量的技术革新,也是提高燃料电池汽车经济性、推进燃料电池汽车规模化的必经之路。

 

在无人机领域,轻量化可以提高无人机的飞行时间和载荷能力。由于无人机的应用范围越来越广泛,轻量化技术的应用将会进一步推动无人机的发展。

 

在移动电源领域,轻量化可以提高移动电源的携带便利性。随着人们对移动电源需求的增加,轻量化技术将会成为移动电源领域的研究热点。

 

在氢两轮车领域,由于氢能两轮车在推广上有贴近消费者生活、市场规模大、试错成本较低等特点,在这一波燃料电池探索多元化应用浪潮中,氢能两轮车行业正迎来向好的局面。

 

2023年以来,包括攀业氢能、捷氢科技、永安行、安泰创明、溯驭技术、氢航科技、氢冉新能源、协氢新能源、暗流科技等在内的10余家企业蓄力于氢能两轮车发展,截止目前年内投放氢能两轮车达1000辆,各企业后续计划投放量不少于14000余辆。

 

由于目前氢能两轮车单车成本依旧昂贵,很难在普通消费市场取得突破。氢能两轮车要实现商业化发展,这就需要氢能企业设计出一套可行的商业运营模式,充分利用氢能两轮车在续航、补能、综合用能成本、安全性等方面的优势条件,来缩短氢能两轮车与消费者之间的距离。

 

当前,国内氢能产业发展正处在降本增效、技术创新以及协同推进的初期探索阶段,氢能产业链上下游协同联动效果还未完全显现出来,同时氢两轮车应用难题如何突破?氢两轮车用固态储氢技术进步空间在哪里?氢能应用何时能够真正落地等问题逐步显现。

 

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