氫能是以氫氣為基礎的能源,能量密度高,利用形式多樣,可以燃燒發熱,也可以在各種燃料電池中反應發電,被認為是像電能一樣方便,而且有巨大潛力的二次能源。
氫能的利用大部分要通過燃料電池。燃料電池是一種近乎神奇的設備,包括空氣系統、氫氣系統、水冷系統,個頭不大,功率很高。電池一端通入氫氣,另一端通入氧氣,氫氣和氧氣隔著離子交換膜在催化劑作用下發生反應,生成電能和熱量,排放出的卻是乾乾淨淨的水。這種電池叫做質子膜燃料電池,是一種低溫燃料電池,應用領域廣泛,小至電動自行車、小汽車,大至重載汽車、軌道交通工具、船舶均可使用。
由於氫氣的能量密度很高,氫燃料電池汽車相比鋰電池汽車,續航里程要大很多。鋰電池汽車,電池重量達500公斤,充電時間需數小時,充滿電僅能行駛大約300多公里。氫燃料電池汽車,5公斤氫就可以行駛500公里,加氫十分鐘,性能與燃油車差不多。
對於重載汽車,比如長途卡車,如果用鋰電池,動力會嚴重不足,續航里程較短。然而,氫燃料電池可以輕鬆拖動幾十噸的卡車行駛數百公里。
除在汽車上使用低溫燃料電池外,還有一種高溫燃料電池,如固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池等。這些電池的工作溫度高達600℃到1000℃,即可使用氫,也可使用甲烷或天然氣作為燃料,發電效率比低溫燃料電池更高,可以作為發電站為社區和城鎮提供電能和熱量。
燃料電池可以在家庭中廣泛應用。家用燃料電池系統通過氫管道獲取氫氣,生產電力和熱水給家庭使用。與傳統發電系統相比,家用燃料電池熱電聯供系統沒有發電和輸電的廢熱損失,能源利用效率高達80%,而大型發電機組發電效率最高也很難超過50%,加上長途輸送損失,效率更低。
燃料電池起源於航空航天領域,隨著技術的發展和成本的降低,必將廣泛服務於千家萬戶。(裴善鵬 唐新徵 張楠 整理)
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