Топливные элементы против батареи

Введение

Важно помнить, что топливные элементы и аккумуляторы — это два рабочих варианта разработки электроприводов, которые помогут решить проблему чистой энергии. В качестве гибридного решения обе технологии будут играть свою роль. Любой вариант может быть оптимальным ответом, в зависимости от приложения. Все зависит от требований, потребностей и условий использования.

Топливный элемент против автомобиля с аккумулятором

Наиболее фундаментальное различие между батареями и топливными элементами довольно простое: батарея хранит энергию, которую затем потребляет, тогда как топливный элемент производит энергию, преобразуя доступное топливо. Вы можете использовать электричество в любое время и в любом месте, если у вас есть доступ к топливу. Интересно отметить, что топливный элемент также может включать в себя батарею для хранения производимой им энергии.

Кроме того, существуют и другие отличия чистой мобильности, особенно в тяжелых транспортных средствах:

Расстояние

Грузовик класса 8, работающий на топливных элементах, может снова начать работу менее чем за 15 минут, по сравнению с часами для электромобиля с батарейным питанием. В результате топливные элементы идеально подходят для автомобилей, которые работают в несколько смен каждый день. Кроме того, поскольку они менее чувствительны к низким температурам, чем батареи, топливные элементы могут легко справляться с колебаниями температуры на протяжении долгого пути.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Время простоя

Заправка занимает всего несколько минут, а время простоя на техническое обслуживание также свидетельствует о долговечности технологии топливных элементов. Больше обслуживания требуется для двигателей внутреннего сгорания и аккумуляторов.

Расходы

Наиболее экономичным вариантом обезуглероживания автомобильного транспорта средней и большой грузоподъемности являются водородные топливные элементы. Согласно трем вариантам использования, батареи менее желательны из-за большего размера, большего веса и более высокой стоимости необходимых батарей, а также более длительного времени перезарядки.

Инфраструктура

Инфраструктура часто является серьезным барьером для аккумуляторов и топливных элементов, особенно когда речь идет о транспорте. Например, более мощные варианты зарядки позволят заряжать аккумуляторы даже во время их использования, что существенно сократит время, необходимое для этого, с часов до минут. Самая большая проблема с водородными топливными элементами — распространение и доступность.

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Топливный элемент против плотности энергии батареи

Аккумуляторы, очевидно, более эффективны, чем топливные элементы, но если сравнивать их с большегрузными грузовиками дальнего следования, вес оказывает существенное влияние. Поскольку водород имеет значительно более высокую плотность энергии, чем батареи, силовая передача на топливных элементах будет легче. Чтобы дать вам представление, разница может составлять до 2 тонн для грузовика с запасом хода 800 миль. В результате технология топливных элементов позволяет транспортным средствам нести больший вес и преодолевать большие расстояния.

Топливные элементы и сжатый водород могут использоваться для питания транспортных средств. Двигатель с массой, которая в четыре раза меньше, чем цель США ABC, и в восемь-четырнадцать раз меньше, чем существующие батареи. Дополнительный вес для увеличения запаса хода электромобиля на топливных элементах незначителен, но вес аккумуляторного электромобиля резко возрастает для более длительных поездок. Из-за увеличения веса от 100 до 150 миль. Каждый дополнительный килограмм батарей требует большей массы конструкции, более сильных тормозов и более крупного транспортного средства для увеличения дальности полета. более мощный тяговый двигатель, который потребует больше батарей для перемещения этой дополнительной массы и т. д.

Топливный элемент против эффективности батареи

В ответ на рост продаж электромобилей за последние 20 лет литий-ионные батареи претерпели значительные улучшения. Между серединой 1990-х и серединой 2000-х плотность энергии литий-ионных аккумуляторов увеличилась примерно вдвое. Мы должны учитывать потери при передаче по сети, если энергия, используемая для пополнения батарей, поступает из возобновляемых источников. Среднее значение потерь при передаче и распределении с использованием ЕС составляет 6%. Кроме того, инфраструктура зарядки теряет всего 1% своей эффективности.

Доставка и хранение созданного водорода приводит к большим потерям энергии. Поскольку водород имеет низкую реальную плотность как в газообразном, так и в жидком состоянии, мы должны повысить его плотность, чтобы иметь достаточно высокую плотность энергии. Наиболее эффективный подход включает сжатие водорода до 680 атм, хотя при этом используется примерно 13% общей энергии водорода.

В то время как батареи хранят электричество в постоянном токе, сеть обеспечивает мощность переменного тока. Для преобразования требуется зарядное устройство с пиковой эффективностью 95%. Кроме того, требуется инвертор, поскольку в большинстве электромобилей используются двигатели переменного тока. Пиковая эффективность высококачественного инвертора может быть близка к 95%. Литий-ионные батареи также могут терять энергию в результате утечек. Эффективность зарядки можно оценить близкой к 90%.

Функционирующая водородная инфраструктура должна иметь возможность транспортировать водород от источника производства к месту использования после того, как он был произведен и сохранен. На стоимость и доставку водорода может существенно повлиять место его производства. Завод, расположенный в центре и способный производить огромное количество водорода, может делать это с меньшими затратами, но транспортные расходы на доставку водорода до конечного пункта назначения будут выше. С минимальными затратами на доставку распределенная производственная установка может производить водород там, где это необходимо. Однако меньший объем производства приводит к более высокой стоимости производства. Эффективность взаимодействия бака с колесом является еще одним фактором, который способствует снижению эффективности при использовании водорода. Чтобы автомобили могли работать на водороде, водород в баке необходимо преобразовать обратно в электричество с помощью топливного элемента. По оценкам Министерства энергетики США, технология топливных элементов имеет потенциальную эффективность 60%, при этом большая часть оставшейся энергии тратится впустую в виде тепла.

В лучшем случае, когда весь процесс имеет высокие показатели эффективности, наиболее эффективным способом питания автомобиля является использование аккумуляторных электромобилей. Тогда, несмотря на это, по сравнению с аккумулятором, автомобиль на топливных элементах сможет проехать дальше с полным баком водорода. Потому что потери энергии и затраты на полную зарядку работающего танка выше неэффективности. Водород имеет чуть более чем в 3 раза более высокую стоимость за километр.

На цену за километр будут дополнительно влиять дополнительные расходы, такие как расходы на строительство и прибыль от водородной станции. Рынок, на котором большая часть инвестиций и исследований направлена на электромобили с аккумуляторными батареями, в настоящее время определяется вышеупомянутыми потерями энергии и неэффективностью.