氫在應(yīng)用中已初露鋒芒、燃料電池是“電池家庭”中的新星
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-30 14:13
點擊量：次
近十幾年來,氫能作為特殊的用途,已顯露出它獨特的風(fēng)韻,特別是氫用作燃燒能源的優(yōu)點,對重量特別敏感的航天、航空領(lǐng)域,顯得格外突出;在汽車、輪船、發(fā)電、家庭等方面使用也已初露鋒芒。地球上已發(fā)射了許多太空火箭和宇航飛行器,有的上了月球,有的還跑到火星上去。它們靠什么力量有如此大的神通?原來是氫能幫他們架起了登天的云梯,液氫燃料巨大的推力,使龐大的火箭載著各種宇航飛行器升上太空。
如果沒有氫能,單靠石油和煤炭是辦不到的。在航空方面,氫作為動力燃料也已經(jīng)開始“飛”上飛機(jī)的試飛航線。1989年4月,前蘇聯(lián)用一架圖—155運輸客機(jī)改裝的氫能燃料實驗飛行試飛成功,它為人類應(yīng)用氫能邁出了成功的一步。美國也在積極研究開發(fā)在飛機(jī)上使用液氫的工作,并已取得成效。在汽車應(yīng)用方面,成效更為顯著。1990年,德國展出了一種用氫能運轉(zhuǎn)的5升BMW7系列汽車。這標(biāo)志著利用氫能有了良好的開端。
日本馬自達(dá)公司也試制了氫能汽車,它利用計算機(jī)控制氫泵和管道閥門,使液氫的溫度在發(fā)動機(jī)點火之前始終保持-253℃,行駛時,時速可達(dá)每小時125千米。日本在研制氫燃料汽車的新型火花點火式發(fā)動機(jī)上取得了成功,使燃料汽車向?qū)嵱没~進(jìn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。氫氣還可以用來制成燃料電池直接發(fā)電。燃料電池和氫氣與蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,能量轉(zhuǎn)換效率比火力發(fā)電站最大熱效率要高近1倍,可達(dá)70%~80%,這無疑是非常誘人的一個重要用途。
很久以前就有人預(yù)言,隨著電的深入千家萬戶,給人們生活帶來了光明、歡樂與方便,氫將是更受人們歡迎的能源。也許一條輸氫管道進(jìn)入住戶,將代替煤氣、熱力和輸電各種管線,人們可以用氫能采暖、制冷、洗浴和炊事?，F(xiàn)在,氫能用于上述各個單項的技術(shù)都已實現(xiàn),真是萬事俱備,只欠東風(fēng),一旦大量的廉價制氫技術(shù)出現(xiàn)突破,人們的理想就不難實現(xiàn)。《神秘島》中所描繪的氫能世界也將不再是幻想。
為什么說燃料電池是“電池家庭”中的新星
盡管,早在100多年前,人們就發(fā)現(xiàn)了燃料電池的原理,但直到1932年,科學(xué)家才在理論上進(jìn)行了論證,為研制現(xiàn)代燃料電池打下了基礎(chǔ);1958年,燃料電池誕生了,它的輸出功率為5千瓦,工作溫度為200℃,所產(chǎn)生的電力足以開動風(fēng)鉆和電力。20世紀(jì)60年代,燃料電池作為“阿波羅”等宇宙飛船的電源,為宇宙開發(fā)立下了汗馬功勞。雖然,燃料電池也是電池家族的成員之一,但它與干電池、蓄電池都不一樣,它的化學(xué)燃料不是在電池內(nèi)部,而是像往鍋爐里添加煤一樣,可以根據(jù)電池工作的需要,從外部源源不斷地向其提供化學(xué)燃料。
在催化劑的作用下,燃料中的氫、甲醇等和氧化劑中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水,同時向外輸出電流。燃料電池又是怎樣將蘊(yùn)藏燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的呢?在結(jié)構(gòu)上,燃料電池和蓄電池相似,也是由正極、負(fù)極和電解質(zhì)三部分構(gòu)成。正、負(fù)極大都是用鐵和鎳等惰性、微孔材料制成的。將空氣或氧氣從電池的正極輸送進(jìn)去,將氫氣、甲醇、天然氣、煤氣等氣體燃料從負(fù)極輸送進(jìn)去,此時,在電池內(nèi)部這些氣體燃料和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),于是,燃料的化學(xué)能便直接轉(zhuǎn)變成了電能。
燃料電池這種直接轉(zhuǎn)化能量的方式,其發(fā)電效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火力發(fā)電。目前,先進(jìn)的火力發(fā)電的效率最高也只有38%~40%,而燃料電池總的轉(zhuǎn)換效率可能達(dá)到80%。而且它在發(fā)電的同時,還可獲得優(yōu)質(zhì)的水蒸氣。20世紀(jì)70年代以來,各種燃料電池技術(shù)發(fā)展迅速。第一代磷酸鹽型的燃料電池早已實現(xiàn)商業(yè)化運行,日本已建成4500千瓦和1100千瓦的實用電站,發(fā)電成本接近常規(guī)火電。
第二代融熔碳酸鹽型燃料電池也已基本過關(guān),發(fā)電效率達(dá)55%,成本與第一代差不多。第三代固體氧化物型燃料電池,發(fā)電效率可達(dá)66%,發(fā)電成本可望更低,目前正在加緊研究。燃料電池以其高效、潔凈的獨特優(yōu)點而倍受人們關(guān)注,猶如電池家族中的一顆新星,正在冉冉升起。
汽車作為代步工具已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶，成為人們生活中不可缺少的交通工具，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對現(xiàn)代生活的升級需求，汽車上各種現(xiàn)代高科技設(shè)施在不斷增設(shè)，造成汽車輔助性用電不斷加強(qiáng)。而蓄電池作為汽車主要輔助電源，是汽車必不可少的部件之一，它的任務(wù)也在不斷加重。如果我們使用和日常維護(hù)得當(dāng)，蓄電池的使用壽命就會大大延長，反之則會造成其過早的報廢，增加車主的使用費用和造成環(huán)境污染。那么應(yīng)該如何進(jìn)行汽車蓄電池的日常維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)該養(yǎng)成什么樣的開車習(xí)慣才能提高蓄電池的使用壽命呢？自己經(jīng)過多年的汽車?yán)碚摻虒W(xué)和實踐操作，粗略歸納。
一、要注重了解蓄電池的功用 一些駕駛員不太重視蓄電池的功能，認(rèn)為蓄電池?zé)o非就只是用來起動發(fā)動機(jī)，甚至認(rèn)為起動發(fā)動機(jī)后完全可不用它了，所以不大注意蓄電池的維護(hù)和保養(yǎng)，正因為如此，造成汽車在運行過程中一些電子元件不必要的損壞。蓄電池究竟有哪些方面的功用呢？其主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1．發(fā)動機(jī)在起動時，由蓄電池向起動機(jī)和點火系（汽油機(jī)）供電。 2．發(fā)動機(jī)低速運轉(zhuǎn)時，由蓄電池向所有的用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)勵磁繞組供電。 3．發(fā)動機(jī)中、高速運轉(zhuǎn)時，蓄電池將發(fā)電機(jī)剩余電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。 4．發(fā)電機(jī)過載時，蓄電池協(xié)助發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電。 5．蓄電池還相當(dāng)于一個大的電容器，能吸收電路中出現(xiàn)的瞬時高電壓，保護(hù)電子元件，在保持汽車電氣系統(tǒng)電壓穩(wěn)定方面也起著非常重要的作用。這個功用只有在蓄電池工作狀態(tài)良好的情況下才能保證，這一點很容易被人們忽視。 如果我們清楚并重視這些功用，不但對提高蓄電池的使用壽命有好處，而且使你在汽車使用時更加順心放心。
二、要注意蓄電池的日常維護(hù) 汽車蓄電池使用壽命的長短，一方面取決于蓄電池的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，另一方面與日常維護(hù)密切相關(guān)，所以我們在使用中應(yīng)做到以下幾點： 1．注意安裝牢固和清潔維護(hù) 首先蓄電池在汽車上的安裝要牢固可靠，防止汽車在行駛中產(chǎn)生的震動造成蓄電池內(nèi)部極板損毀和外部電線連接松動。其次汽車用起動型蓄電池能夠承受大電流短時間放電，但是小電流長時間放電就會導(dǎo)致蓄電池壽命降低；所以應(yīng)經(jīng)常清除蓄電池上的灰塵、泥水，以及接線柱和線頭上的氧化物和加液口處溢出的電解液，保持清潔干燥，防止蓄電池自行放電。 2．注意及時充電 當(dāng)蓄電池的電壓不足且燈光暗淡、起動無力時，應(yīng)及時進(jìn)行車外補(bǔ)充充電。蓄電池的蓄電量可以在儀表板上反映出來。當(dāng)電流表指針顯示蓄電量不足放電三分之一左右時，就要及時充電，放電量超過三分之二以上為過放電。過放電充電時電流相對就較大，不利于活性物質(zhì)的還原。有時在路途中發(fā)現(xiàn)電量不夠了，發(fā)動機(jī)又熄火起動不了，作為臨時措施，可以向其它的車輛求助；汽車在寒冷地區(qū)行駛，要避免蓄電池完全放電，以免電解液凍結(jié)。 3．定時檢查 （1）檢查蓄電池外殼是否有裂紋和電解液泄漏。 （2）經(jīng)常檢查蓄電池連接線是否牢固，所有活接頭，必須保持接觸良好，防止產(chǎn)生火花，引起蓄電池爆炸。例如經(jīng)常檢查蓄電池在支架上的固定螺栓是否擰緊，時常查看極柱和接線頭連接得是否可靠；不要將金屬物放在蓄電池上，以防短路；封口膠開裂要及時修復(fù)。檢查電路各部分有無老化或短路的地方。 （3）定期檢查蓄電池電解液密度及液面高度，檢查蓄電池的放電程度，防止因過放電而早期退役。 （4）注意保持蓄電池的充電線路正常，蓄電池過度使用時充電指示燈不一定能正確的顯示充電正常與否，可以采用下面的方法：晚上的時候讓愛車保持怠速狀態(tài)，打開車大燈，照射到某一個固定位置，眼睛盯住燈光的中心仔細(xì)看，然后急加油，看燈光是否突然變亮，變亮說明發(fā)電機(jī)和充電線路均正常。 （5）汽車臨時停放注意夏天防曝曬，冬天防冷凍。汽車較長時間停放時，超過半個月應(yīng)起動發(fā)動機(jī)中速運轉(zhuǎn)半小時以上；再長時間停放最好拆下蓄電池單獨存放保護(hù)。
三、要養(yǎng)成良好的開車習(xí)慣 在日常保養(yǎng)的基礎(chǔ)上，還要養(yǎng)成良好的開車習(xí)慣，具體如下： 1．不要頻繁起動車輛 每次起動發(fā)動機(jī)時不要超過5s，如果第一次起動失敗，不要急于反復(fù)起動。從汽車的工作原理來說，此時連續(xù)起動電動機(jī)肯定會造成蓄電池過度放電而受損。因此再次起動時的時間間隔應(yīng)超過15s以上。若連續(xù)3次仍不著車，應(yīng)查找原因，排除故障所在。 2．熄火狀態(tài)下不要長時間使用車內(nèi)電器設(shè)備 這是大家在日常用車中經(jīng)常遇到，也是比較容易忽略的問題。比如坐在車內(nèi)休息、等人，為了省油不少駕駛員都會選擇關(guān)掉發(fā)動機(jī)然后坐在車內(nèi)聽廣播或者看DVD等，這樣做省油的目的是達(dá)到了，但卻會深深傷害到你的蓄電池。正確使用方法是在熄火狀態(tài)下連續(xù)聽廣播盡量不超過30min，同時不建議大家在熄火狀態(tài)下使用車載DVD等設(shè)備。 3．熄火狀態(tài)下盡量不使用或少使用外接電源設(shè)備 外接電源設(shè)備諸如車用吸塵機(jī)、便攜式充氣泵等，切忌不要在車輛熄火狀態(tài)下使用。由于這些設(shè)備的功率都比較大，在熄火狀態(tài)下長時間使用很容易大量消耗蓄電池的電量，從而影響車輛的正常起動。此外，類似這樣的“快速耗電”，對蓄電池本身也有不小的傷害。 4．停車后一定關(guān)燈和車載用電器 停車熄火時，忘記關(guān)車內(nèi)照明燈，這是很多新車主容易犯的小錯誤。蓄電池經(jīng)過一夜的消耗后，隨時可能沒電，起動不了汽車。盡量不要在車輛未起動時使用CD、點煙器等電氣設(shè)備。行車過程中也少用各種車載用電器。 5．熄火前要先關(guān)閉空調(diào) 大多數(shù)車主習(xí)慣不關(guān)空調(diào)或讓空調(diào)隨著車輛起動后自動起動，這會造成每次打開車輛的點火開關(guān)后，空調(diào)系統(tǒng)會自動起動工作，后果是直接導(dǎo)致車輛瞬間功率負(fù)荷過高，時間一長會對蓄電池造成一定損耗。正確習(xí)慣應(yīng)該是，每次到達(dá)目的地前，先關(guān)掉A/C按鍵，讓冷風(fēng)吹幾分鐘，以保證空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的干燥，減少細(xì)菌的滋生。然后在熄火之前關(guān)掉空調(diào)。每次著車之后，再起動空調(diào)。 6．能夠預(yù)知蓄電池“罷工”前兆 駕駛員應(yīng)對自己車輛的蓄電池性能狀態(tài)作出正確判斷，一般臨近壽命終點的蓄電池，駕駛員在駕駛中可以有所感受和預(yù)判，譬如車停放幾天就發(fā)現(xiàn)打不著火，油耗增加，在夏季開空調(diào)行駛時感覺車負(fù)擔(dān)加重，車沉、油耗增加明顯等。一般車主在蓄電池使用周期兩年半左右時，常規(guī)保養(yǎng)就應(yīng)檢測蓄電池，這能起到預(yù)防作用。 總之，一般汽車蓄電池的使用壽命在2年左右，如果使用維護(hù)保養(yǎng)得當(dāng)，可達(dá)到3-4年。我們在了解其功用的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)行正確日常維護(hù)，且能養(yǎng)成良好的開車習(xí)慣，平時對蓄電池做到精心呵護(hù)，才能確保蓄電池在關(guān)鍵時不會掉鏈子！
