Características de aplicación de las pilas de combustible Características y aplicaciones de las pilas de combustible
1. Características de las pilas de combustible
(1) Alta densidad energética, la energía específica puede alcanzar unos 200W·h/kg. PCEV requiere que cuando se utiliza hidrógeno como combustible, la potencia de masa específica de la batería no sea inferior a 150 W/kg; cuando se utiliza metanol como combustible, la potencia de masa específica de la batería no sea inferior a 100 W/kg.
(2) Generalmente funciona en condiciones de temperatura normales cuando la temperatura es de alrededor de 80 °C, es fácil de arrancar rápidamente, lo que reduce el impacto de la temperatura en los materiales de la pila de combustible, mejora el rendimiento de la batería y. extiende la vida útil de la batería.
(3) Puede funcionar de forma continua y es adecuado para cumplir parcialmente con los requisitos característicos. Estos rendimientos superiores aportan una gran comodidad al uso de PEMFC en FCEV.
(4) El voltaje de una sola batería es alto y es una fuente de energía ideal para vehículos eléctricos, lo que es beneficioso para reducir la calidad del mantenimiento de los vehículos eléctricos y reducir el costo de uso de vehículos eléctricos.
(5) Hay tres tipos de colorantes en las pilas de combustible: hidrógeno, metanol y gasolina. Según el principio de generación de energía de las pilas de combustible, el hidrógeno es el combustible más ideal porque puede participar directamente en reacciones electroquímicas. El producto de una pila de combustible de hidrógeno es únicamente vapor de agua limpio, que no contamina el medio ambiente.
2. Aplicación de las pilas de combustible. Los campos de aplicación de las pilas de combustible como fuentes de energía móviles se dividen en dos categorías. Una es que se puede utilizar como fuente de alimentación portátil, fuente de alimentación móvil pequeña y fuente de alimentación para vehículos. , etc. Es adecuado para militares, comunicaciones, computadoras y otros campos para satisfacer las necesidades de suministro de energía de emergencia y suministro de energía de alta confiabilidad y alta estabilidad. Las aplicaciones prácticas incluyen baterías de teléfonos móviles, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos portátiles, fuentes de alimentación para comunicaciones de mochilas militares, fuentes de alimentación para vehículos de comunicaciones por satélite, etc., en segundo lugar, se utilizan como fuentes de energía para bicicletas, motocicletas, automóviles y otros vehículos de transporte; Requisitos de protección ambiental para las emisiones de los vehículos. A juzgar por la situación de desarrollo actual, PEMFC es la fuente de energía tecnológicamente más madura para vehículos eléctricos.
3. A nivel internacional, la organización autorizada en el campo de la investigación y el desarrollo de pilas de combustible es Ballard Energy Systems Company de Canadá. En 1996, la H-Power Company de Estados Unidos desarrolló el primer vehículo grande con combustible del mundo. celdas como fuente de energía. En los últimos años, nuestro país también ha otorgado gran importancia a la investigación y desarrollo de vehículos eléctricos de pila de combustible y ha sido catalogado como un plan nacional clave de investigación científica y tecnológica. Shanghai Shenli Company, Fuyuan Fuel Cell Co., Ltd., la Universidad de Tsinghua y el Instituto Dalian de Física Química de la Academia de Ciencias de China han desarrollado prototipos de autobuses turísticos y minibús respectivamente, y su rendimiento se acerca o alcanza el nivel avanzado internacional.
4. Además de ser adecuadas para el suministro de energía para el transporte, las pilas de combustible también son muy adecuadas para el suministro de energía estacionaria. Puede interconectarse con el sistema de red eléctrica y usarse para ajustar el valor máximo de la red eléctrica. También puede usarse como fuente de alimentación para islas, áreas montañosas, áreas remotas o como sistema de suministro de energía para la defensa nacional (aéreo civil). defensa).
5. Se pueden conectar varios generadores de pilas de combustible para formar un sistema de suministro de energía distribuido. El sistema de suministro de energía descentralizado tiene las siguientes ventajas:
(1) Puede eliminar la necesidad de líneas de red eléctrica y sistemas de control de despacho de distribución.
(2) Favorece la combinación de calor y energía (porque las centrales eléctricas PEMFC son silenciosas y pueden instalarse cerca, y el calor generado por la generación de energía PEMFC puede ingresar al sistema de calefacción), lo que puede hacer que la tasa total de utilización de combustible llegue a más del 80%.
(3) Se ve relativamente menos afectado por guerras y desastres naturales, y es especialmente adecuado para las necesidades de protección activa en condiciones de guerra modernas.
(4) Al reformar el gas natural y el gas de carbón para producir oxígeno, la infraestructura existente, como los sistemas de suministro de gas natural y gas de carbón, se puede utilizar para proporcionar combustible para las pilas de combustible.
(5) La producción de hidrógeno mediante energía renovable (producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua, producción de hidrógeno mediante electrólisis solar y producción de hidrógeno biológico) puede formar un sistema de reciclaje (este sistema de reciclaje es especialmente adecuado para áreas remotas) , haciendo que el sistema se reduzcan los costos de construcción y operación. En general, a nivel internacional se cree que con la promoción y utilización de pilas de combustible, el desarrollo de centrales eléctricas descentralizadas será una tendencia.
6. Debido a que la celda de combustible tiene una temperatura de funcionamiento baja, baja radiación infrarroja, ausencia de vibración y ruido, es particularmente adecuada para su uso como fuente de energía militar moderna. En agosto de 1998, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos señaló en un informe presentado al Comité de Defensa del Congreso: La energía móvil es uno de los cinco elementos más básicos de las instalaciones de defensa permanentes; la rápida evolución de la tecnología de generación de energía con pilas de combustible para reemplazar la generación de energía convencional; Los dispositivos han dado lugar a futuros sistemas de generación de energía. El uso de hidrógeno como combustible principal abre el camino debido a la alta eficiencia de conversión de energía (más del 60%) y su operación y mantenimiento extremadamente simples, el generador de celda de combustible facilita la aplicación de. La energía del hidrógeno como combustible principal es extremadamente fiable y eficiente.
Por lo tanto, cambiar el combustible de combate por hidrógeno dará como resultado un sistema de generación de energía más eficiente y confiable, menores emisiones, menor ruido, una radiación térmica e imágenes infrarrojas muy reducidas, y facilitará las operaciones de camuflaje y ocultación.
7. Las muchas propiedades superiores de los generadores PEMFC los hacen portátiles en equipos aeroespaciales y súper móviles, submarinos submarinos, ingeniería militar, ingeniería de comunicaciones, suministros de energía para vehículos y soldados y unidades individuales (destacamentos). Excelentes perspectivas de aplicación en suministros de energía, áreas remotas, puestos de defensa costera y proyectos de defensa aérea civil. Ya en los años 60, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y General Electric Company (GE) desarrollaron conjuntamente generadores de pilas de combustible y los utilizaron en numerosos vuelos del programa de satélites Gemini. Especialmente después de la adopción de la membrana Nafion en 1968, la vida útil del generador de pila de combustible utilizado en el biosatélite lanzado alcanzó las 57.000 horas en el laboratorio. Más tarde, la NASA cooperó con Hamilton Standard Company para desarrollar un sistema RPC (pila de combustible regenerativa), que estaba destinado a ser utilizado junto con un sistema de generación de energía solar para formar una fuente de energía para vehículos de exploración de Marte o bases lunares (dispositivo de electrólisis solar de agua). potencia 35kw, potencia del generador PEMFC 25kw) La Fuerza Aérea de EE.UU. también firmó un acuerdo con Treadwell Company para estudiar el sistema RFC para satélites (potencia de pila de combustible 12kw, voltaje V).
8. En términos de aplicaciones de equipos hipermóviles (HMU), la NASA y EPSI han cooperado para desarrollar un sistema PEMFC de energía de 200 W·h que utiliza almacenamiento de hidrógeno de hidruro metálico para reemplazar los recargables utilizados en los equipos existentes. Las baterías pueden mejorar eficazmente la densidad de almacenamiento de energía, la energía de carga única, el ciclo de vida y la velocidad de carga.
9. Un uso importante de las pilas de combustible en el ámbito militar es como fuente de energía para buques de guerra. Como fuente de energía de propulsión independiente del aire (AIP) para submarinos, los generadores PEMFC tienen las ventajas de alta eficiencia, bajo nivel de ruido y pequeña radiación infrarroja en comparación con los motores Stirling y los motores diésel de ciclo cerrado. Pueden transportar la misma masa o volumen de. combustible Cuando se utiliza gas, el submarino tiene la mayor resistencia (aproximadamente 2 veces la del motor Stirling) y no hay contaminación. Por lo tanto, la pila de combustible es la mejor opción para el sistema AIP del submarino. Alemania comenzó a investigar submarinos con generadores de pilas de combustible en 1980 (los primeros del mundo). Actualmente, Alemania es capaz de producir modelos de submarinos 212 y 214 basados en generadores de pilas de combustible. La Marina de los EE. UU. ha cooperado con AP Company para desarrollar un generador de pila de combustible que utiliza hidrógeno producido mediante reformado de diésel como fuente de hidrógeno. También ha cooperado con Treadwell Company para diseñar y fabricar una fuente de alimentación de pila de combustible para detectores submarinos.
10. Las numerosas ventajas de las pilas de combustible hacen que tengan excelentes perspectivas en importantes instalaciones civiles como edificios inteligentes, hospitales, hoteles y campos de defensa nacional (defensa aérea civil). En la actualidad, los sistemas de suministro de energía en estos lugares adoptan el método de suministro de energía principalmente con electricidad externa y se complementa con grupos electrógenos diésel. Cuando el grupo electrógeno diésel se activa debido a un corte de energía externo, no será adecuado para su uso en futuras guerras de alta tecnología debido a sus emisiones de humo, mala ocultación, gran vibración, alto ruido, pobre desempeño ambiental y muchas otras deficiencias. Por lo tanto, la investigación sobre sistemas de generación de energía basados en PEMFC puede utilizar eficazmente la energía del hidrógeno para lograr la protección ambiental, lo cual es de suma importancia para el suministro de energía civil y la construcción de defensa nacional.