燃料電池可能實(shí)現(xiàn)2次電池化嗎？看研究人員如何回應(yīng)！
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-28 22:39
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東芝的自持式能源供應(yīng)系統(tǒng)“H2One”，就是將PEFC和PEM型水電解槽，儲(chǔ)氫系統(tǒng)等集中在一個(gè)容器中。從某種意義上說(shuō)，整個(gè)容器即具備像二次可充電電池一樣的機(jī)能。
研究人員對(duì)“發(fā)電機(jī)”情有獨(dú)鐘
如果將燃料電池實(shí)現(xiàn)2次電池化，那名稱應(yīng)稱為“氫-空氣二次電池”。是與鋅（Zn）-空氣電池或鋰（Li）-空氣電池等具有類似反應(yīng)體系的一種電池，雖然技術(shù)上可能不容易實(shí)現(xiàn)，但在研發(fā)2次電池的眾多研發(fā)團(tuán)隊(duì)或人員中，進(jìn)行以燃料電池的2次電池化為研究目標(biāo)的研究人員少的不可思議。
其中一個(gè)原因是許多開(kāi)發(fā)FC燃料電池的研究人員認(rèn)為FC就像是“發(fā)電機(jī)”一樣的存在而并不是像其他電池一樣的“電化學(xué)電池”。如果是發(fā)電機(jī)的話，燃料從外部放入，與通過(guò)外部電源再充電并重復(fù)使用完全不是一回事。一些FC研究人員認(rèn)為，他們不能理解將這樣的FC電池二次電池化的優(yōu)勢(shì)何在。
有企業(yè)進(jìn)行了十年以上的開(kāi)發(fā)
盡管研究人員很少，但也不是說(shuō)沒(méi)有。例如日本高砂熱工業(yè)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所就是目前正在開(kāi)發(fā)可逆FC的公司/研究機(jī)構(gòu)的其中之一，研究人員一般稱二次電池型FC為“可逆FC”，“可逆電池”等。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)充電進(jìn)行水分解，由氫和氧放電（發(fā)電）所產(chǎn)生的水可逆地返回成氫和氧。高砂熱工在2000年中期開(kāi)始開(kāi)發(fā)，目前據(jù)說(shuō)研發(fā)仍在持續(xù)進(jìn)行。該公司試制的原型可逆電池在日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)與技術(shù)研究所福島可再生能源研究中心被使用中（圖A-1）。
（a）當(dāng)光伏發(fā)電過(guò)剩時(shí)，將電力轉(zhuǎn)換為氫氣
在福島可再生能源研究中心運(yùn)行的水電解燃料電池集成型電池及其外圍系統(tǒng)（a）。當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)于電力系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)剩時(shí)，從電網(wǎng)互連切換到水電解產(chǎn)生氫氣并將其存儲(chǔ)在罐中。另一方面，當(dāng)電力系統(tǒng)的電力趨于不足時(shí)，儲(chǔ)存的氫氣用于燃料電池中以發(fā)電并連接到系統(tǒng)。此外還獨(dú)立進(jìn)行了儲(chǔ)氫合金的研究（b）。使用時(shí)的問(wèn)題之一是切換水電解和燃料電池模式需要花費(fèi)大約10~30分鐘，時(shí)間較長(zhǎng)。
而之所以開(kāi)發(fā)這一系統(tǒng)的原因是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在一個(gè)電池中切換發(fā)電和水電解，與同時(shí)設(shè)置FC電池和水電解裝置相比，既節(jié)省了空間又降低了設(shè)備成本。具體地，當(dāng)日照條件良好并且光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力對(duì)電力系統(tǒng)過(guò)剩時(shí)，可逆電池通過(guò)使用電力用作水電解裝置。產(chǎn)生的氫存儲(chǔ)在儲(chǔ)氫合金罐等中。據(jù)說(shuō)2019年1月底，在東京開(kāi)始用于充填FCV汽車的氫氣就是這樣生產(chǎn)的。
另一方面，當(dāng)電力系統(tǒng)的電力趨于不足時(shí)，可逆電池又可用作FC并且使用所存儲(chǔ)的氫產(chǎn)生電力。以這種方式進(jìn)行功能切換看起來(lái)是非常合理的。除了電池，像冷氣和暖氣通過(guò)1臺(tái)空調(diào)，在不同時(shí)段進(jìn)行切換運(yùn)作是一樣的原理。
相反，即使這些設(shè)備被分成兩個(gè)設(shè)備，同時(shí)使用這些功能的場(chǎng)景也是很難想象的，因?yàn)橐贿吺褂秒娏σ贿呌糜诎l(fā)電，損失會(huì)很大。換句話說(shuō)，可逆電池就像是頻率濾波器一樣可用于平衡電力系統(tǒng)的輸出波動(dòng)。
研究人員對(duì)“發(fā)電機(jī)”情有獨(dú)鐘
如果將燃料電池實(shí)現(xiàn)2次電池化，那名稱應(yīng)稱為“氫-空氣二次電池”。是與鋅（Zn）-空氣電池或鋰（Li）-空氣電池等具有類似反應(yīng)體系的一種電池，雖然技術(shù)上可能不容易實(shí)現(xiàn)，但在研發(fā)2次電池的眾多研發(fā)團(tuán)隊(duì)或人員中，進(jìn)行以燃料電池的2次電池化為研究目標(biāo)的研究人員少的不可思議。
其中一個(gè)原因是許多開(kāi)發(fā)FC燃料電池的研究人員認(rèn)為FC就像是“發(fā)電機(jī)”一樣的存在而并不是像其他電池一樣的“電化學(xué)電池”。如果是發(fā)電機(jī)的話，燃料從外部放入，與通過(guò)外部電源再充電并重復(fù)使用完全不是一回事。一些FC研究人員認(rèn)為，他們不能理解將這樣的FC電池二次電池化的優(yōu)勢(shì)何在。
有企業(yè)進(jìn)行了十年以上的開(kāi)發(fā)
盡管研究人員很少，但也不是說(shuō)沒(méi)有。例如日本高砂熱工業(yè)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所就是目前正在開(kāi)發(fā)可逆FC的公司/研究機(jī)構(gòu)的其中之一，研究人員一般稱二次電池型FC為“可逆FC”，“可逆電池”等。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)充電進(jìn)行水分解，由氫和氧放電（發(fā)電）所產(chǎn)生的水可逆地返回成氫和氧。高砂熱工在2000年中期開(kāi)始開(kāi)發(fā)，目前據(jù)說(shuō)研發(fā)仍在持續(xù)進(jìn)行。該公司試制的原型可逆電池在日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)與技術(shù)研究所福島可再生能源研究中心被使用中（圖A-1）。
（a）當(dāng)光伏發(fā)電過(guò)剩時(shí)，將電力轉(zhuǎn)換為氫氣
在福島可再生能源研究中心運(yùn)行的水電解燃料電池集成型電池及其外圍系統(tǒng)（a）。當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)于電力系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)剩時(shí)，從電網(wǎng)互連切換到水電解產(chǎn)生氫氣并將其存儲(chǔ)在罐中。另一方面，當(dāng)電力系統(tǒng)的電力趨于不足時(shí)，儲(chǔ)存的氫氣用于燃料電池中以發(fā)電并連接到系統(tǒng)。此外還獨(dú)立進(jìn)行了儲(chǔ)氫合金的研究（b）。使用時(shí)的問(wèn)題之一是切換水電解和燃料電池模式需要花費(fèi)大約10~30分鐘，時(shí)間較長(zhǎng)。
而之所以開(kāi)發(fā)這一系統(tǒng)的原因是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在一個(gè)電池中切換發(fā)電和水電解，與同時(shí)設(shè)置FC電池和水電解裝置相比，既節(jié)省了空間又降低了設(shè)備成本。具體地，當(dāng)日照條件良好并且光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力對(duì)電力系統(tǒng)過(guò)剩時(shí)，可逆電池通過(guò)使用電力用作水電解裝置。產(chǎn)生的氫存儲(chǔ)在儲(chǔ)氫合金罐等中。據(jù)說(shuō)2019年1月底，在東京開(kāi)始用于充填FCV汽車的氫氣就是這樣生產(chǎn)的。
另一方面，當(dāng)電力系統(tǒng)的電力趨于不足時(shí)，可逆電池又可用作FC并且使用所存儲(chǔ)的氫產(chǎn)生電力。以這種方式進(jìn)行功能切換看起來(lái)是非常合理的。除了電池，像冷氣和暖氣通過(guò)1臺(tái)空調(diào)，在不同時(shí)段進(jìn)行切換運(yùn)作是一樣的原理。
相反，即使這些設(shè)備被分成兩個(gè)設(shè)備，同時(shí)使用這些功能的場(chǎng)景也是很難想象的，因?yàn)橐贿吺褂秒娏σ贿呌糜诎l(fā)電，損失會(huì)很大。換句話說(shuō)，可逆電池就像是頻率濾波器一樣可用于平衡電力系統(tǒng)的輸出波動(dòng)。
