上一期讲堂中介绍了燃料电池单体的内部结构与反应原理,但是光是一个单体,并不足以承担汽车动力源的重任 。那该怎么做?单打独斗不行那就抱团啊 。
进入主题之前,先来回答上一期燃料电池【讲堂】留言中提到的一些问题,也欢迎读者在评论中提出疑问 , 共同讨论 。
King’s Kiss:燃料电池车需要充电吗?
A:燃料电池相对于锂电池更大的优势就在于它不需要充电 , 它不是储能装置,而是发电装置,为它补充能源和加油一样,给车上的氢罐加氢即可 , 燃料再填充的速度可以接近并达到当前加油的水平 。
老千克星弓长老:甲烷能不能做燃料电池的能量载体?
A:可以,参见上一期燃料电池分类的表格,天然气、沼气、甲烷都可以作为燃料电池的燃料,其发电的根本在于氧化还原反应的得失电子过程 。但是 , 不说不如氢气环保的问题,能采用天然气、甲烷作为燃料的燃料电池工作条件要求高,目前的技术下并不适合车用 。因此,车用燃料电池仍然以氢气为主流 。
你说:有杂质的氢气燃烧会不会爆炸?
A:并不会,燃料电池的发电过程中发生的是氧化还原反应,是电化学反应转化能量,并不是通过燃烧转化能量,有杂质可能会污染催化剂,减少寿命,燃料电池电堆也有一套严格的热管理系统控制电堆的散热,在整个反应过程中,氢气都不会燃烧也不会爆炸 。需要燃烧氢气的是氢气发动机 , 宝马曾经研究过,和现在的汽油机类似,只是燃料从汽油换成了氢气 。
☆堆叠:为了更高的电压之前介绍了燃料电池在使用时需要首尾相连,组成电堆 , 想像一下,这个场景和使用5号干电池时将其首尾相连获得1.5V*2=3V电压的意义完全相同 。就像5号干电池的电压只有1.5V(镍铬镍氢充电电池的标称电压只有1.2V),一节燃料电池单体的电压也是有上限的,不高,理论值为1.229V(25℃,1atm下) , 但正常使用过程中,这个值更低,一般在0.6-0.8V左右 。
理论值根据能斯特方程计算,与反应温度和反应气体(氢气、氧气)压力有关
这么低的电压很难驱动用电器,我们知道 , 现在的电动车普遍的工作电压在300-400V左右,很多车企已经在研究700V-800V的高压供电系统 。这是为了在同等功率需求下降低电流从而降低损耗,和家用电在入户前需要高压传输一样 。
因此 , 为了实现高电压输出,必须将几百片燃料电池的单体串联,组合成电堆,才能正常驱动车辆 。特斯拉不也是把好多好多18650电池串联(提高电压)再并联(提高电量)组成电池组吗?燃料电池的电堆也是如此 。能斯特电压与电池的电流无关,只与温度和进气压力有关 。
但是,都说了理论值,实际上我们使用的燃料电池不可能达到这一电压,就像普通干电池有内阻一样,燃料电池也存在着损耗 , 有三种:活化损失、欧姆损失和浓差损失,也可以被称为活化极化(过电压)、欧姆极化(过电压)和浓差极化(过电压) 。
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