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電池知識

氫燃料電池的理論效率遠低于鋰離子電池是真的么?

來源:寶鄂實業(yè)    2019-05-16 21:41    點擊量:

燃料電池的理論效率是低于鋰電池. 

燃料電池的發(fā)電形式是類似柴油發(fā)電機的,通過輸入氫氣和氧氣,電化學反應產(chǎn)生電能.一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另外一種形式的能量[化學能轉(zhuǎn)換為電能],必然有能量損耗.

而鋰電池和鉛酸電池等其他電池類似,都是存儲電能的"池子",所以鋰電池發(fā)電的效率當然高于燃料電池了,因為根本不涉及能量轉(zhuǎn)換.所以鋰電池的能量損耗只來自于電池的內(nèi)阻.

但是,為什么全球最大的車廠還是要推燃料電池?其實很簡單,鋰電池的電是從哪里來的?基本上都是火電廠燒煤產(chǎn)生的電,燒煤產(chǎn)生的電,實際上經(jīng)過了更多能量形式的轉(zhuǎn)換才產(chǎn)生了電能[化學能-熱能-機械能-電能],效率相比燃料電池來說低多了.這也是為什么新加坡不認為電動車是環(huán)保的主要原因了

燃料電池是一個將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,而鋰電池是一個儲存電能的裝置,兩者不能直接相比。
氫燃料電池是跟汽油發(fā)動機,柴油發(fā)動機相比的,氫燃料電池的化學能利用效率約為40%-60%,一般內(nèi)燃機效率只有25%-40%,理論上氫燃料電池比現(xiàn)有內(nèi)燃機節(jié)省能源。
鋰離子電池是直接用電網(wǎng)充電,而電網(wǎng)燃煤發(fā)電機效率約為38%,因此用氫燃料電池汽車比鋰離子電池節(jié)省能源。

鋰離子電池和氫氧燃料電池雖然同屬于電池,但是細分起來二者還是有點兒不同的。

嚴格來說,鋰離子電池是儲能電池,依托現(xiàn)有的成熟電網(wǎng)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化成化學能儲存起來,使用的時候再將化學能轉(zhuǎn)化成電能釋放出來。充進去的是電能,放出來的還是電能,電池內(nèi)部發(fā)生的化學反應只是一個儲能的中間介質(zhì)。

而燃料電池是能量轉(zhuǎn)化型電池,將氫氣氧氣中的化學能轉(zhuǎn)化成電能加以利用,進入電池系統(tǒng)的是高能燃料氣體,輸出的是電能。燃料電池理論效率85%~90%,實際工作時效率約為40%~60%,而目前最好的汽油機熱效率也不到40%,燃料電池在能量效率這方面還是具備優(yōu)勢的。

至于氫氧燃料電池理論效率遠低于鋰離子電池這一說法,我覺得可能大家混淆了能量效率的概念,嚴格來說二者不具備可比性,因為二者屬于不同類型的電池。燃料電池效率等于輸出的電能與輸入的燃料氣體總化學能的比值,而鋰離子電池效率等于電池放電電能與充電電能比值,二者有著本質(zhì)上的區(qū)別。鋰離子電池可以通過優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)以加快傳質(zhì)過程,能量效率能夠達到90%以上。

說起氫氧燃料電池,可能大家還會有這樣一種疑問,電解水制氫,然后再用氫氣發(fā)電,中間必然存在很多能量損耗過程,總體算下來燃料電池真的節(jié)能嗎?氫氣如果只能通過電解水的方式來制備,那燃料電池就沒有存在的必要了。事實上,氫氣除了常規(guī)的電解制氫途徑以外,還有很多來源如水煤氣轉(zhuǎn)化法、燃料氣體催化制氫等等,價格上是具備優(yōu)勢的。

搞電池研究的一直有這么個說法,鋰離子電池做不大,燃料電池做不小。鋰離子電池由于散熱問題很難解決,單個鋰離子電池不可能做得很大。所以要想實現(xiàn)鋰離子電池在全電動汽車上的應用,只能像特斯拉這樣搞個由6831節(jié)鋰離子電池串并聯(lián)組成的電池組,這樣一來造價之高就可想而知了。車企研究重點放在燃料電池上是市場選擇的結(jié)果。

題目中“氫氧燃料電池的額定電壓是1.23 V。而現(xiàn)在最好的Pt催化劑下,陰極的過電勢都在0.3 V左右。做好了電池,剛產(chǎn)生一丟丟電流,理論能量利用率就只剩75%。”的說法非常外行,1.23V不是氫氧燃料電池的額定電壓,而是基于熱力學性質(zhì)算出來的理論電壓,實際工作的燃料電池輸出電壓肯定是低于這個值的。目前燃料電池中氫氧化反應使用少量Pt催化劑已經(jīng)能夠?qū)⑦^電勢降到很低的水平了,問題主要是氧還原反應過電勢較大?;陔妷焊淖冇嬎憷碚撃芰坷眯实那疤崾呛汶娏鞣烹?,大電流下極化增加效率還會進一步降低。

一言以蔽之,鋰離子電池和燃料電池屬于兩種不同類型的電池,問題中所謂的能量效率混淆了效率的概念,單從數(shù)字上比較是沒有意義的。任何一種電池從理論到走向?qū)嶋H應用,都是各方面性能不斷妥協(xié)之后的最優(yōu)化結(jié)果,單獨把效率拎出來盯著不放難免有失偏頗。


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