Starea aplicației bateriei de energie nouă și analiza dezvoltării acesteia (I)

Pile de combustie cu hidrogen și stocarea energiei cu hidrogen

Introducere

Odată cu atenția din ce în ce mai mare acordată problemelor energetice la nivel mondial, nou energie tehnologiile bateriilor au devenit treptat prioritatea principală a cercetării științifice și dezvoltării industriale în diferite țări, în contextul tranziției energetice și al dezvoltării durabile. De la bateriile tradiționale cu litiu-ion până la celulele de combustibil cu hidrogen mai avansate, bateriile cu flux lichid etc., diferitele tipuri de baterii au arătat o gamă largă de perspective de aplicare în domeniile stocării energiei și vehiculelor electrice. In orice caz, sunt si multi provocări și limitări, cum ar fi densitatea energiei, ciclul de viață și costul. Pentru a promova mai bine dezvoltarea de noi surse de energie, această serie va evalua cuprinzător avantajele, dezavantajele și scenariile de aplicare ale fiecărui tip de tehnologie curentă a bateriilor noi, va oferi referințe și îndrumări valoroase pentru cercetători, practicieni din industrie, va promova inovația continuă în acest domeniu, și contribuie la dezvoltarea durabilă a energiei globale.

articolul principal

În funcție de electrolit, pilele de combustibil sunt clasificate și caracterizate așa cum se arată în Tabelul 2-1.

Tabelul 2-1 Tipuri de bază de celule de combustie

Pilele de combustibil cu hidrogen funcționează prin reacția hidrogenului și oxigenului fără ardere pentru a transforma energia hidrogenului în electricitate. Procesul de reacție este prezentat în Figura 2.1 ^[1].

Figura 2.2 Portofoliul de lanțuri electrice pentru vehicule cu celule de combustie

Pentru a realiza nave cu zero carbon și zero poluare, au apărut o varietate de rute tehnologice de energie pentru nave cu zero carbon. Aviația cu hidrogen este, de asemenea, considerată a fi cheia pentru atingerea emisiilor de poluanți zeros și dezvoltarea durabilă în industria aviației în viitor. Datorită cerințelor ridicate ale aeronavelor mari de pasageri pentru densitatea energiei pilei de combustibil cu hidrogen, stocarea și realimentarea combustibilului cu hidrogen și siguranța cu hidrogen, este dificil să se realizeze aplicarea aeronavelor mari cu celule de combustibil cu hidrogen într-un timp scurt. Dronele devin din ce în ce mai răspândite în lanțul industrial datorită caracteristicilor lor economice și convenabile de funcționare.

Pe termen lung, energia cu hidrogen este de așteptat să devină o formă importantă de stocare a energiei electrice. Din stocul de capacitate instalată, stocarea prin pompare este încă principala formă de stocare a energiei, în ultimii ani, stocarea energiei electrochimice a început, de asemenea, să accelereze dezvoltarea stocării energiei cu hidrogen. , dar nu a realizat încă aplicarea pe scară largă. Cu toate acestea, așa cum am menționat mai devreme, fie în dimensiunea timpului, fie în dimensiunea spațială, aplicarea viitoare a stocării de energie în sistemul de alimentare va fi mai abundentă, forma de stocare a energiei va fi mai diversificată, energia hidrogenului poate fi încă utilizată ca stocare a energiei chimice. , stocarea fizică a energiei, un supliment promițător.

Conform previziunilor AIE, capacitatea instalată de stocare a energiei electrochimice/energie cu hidrogen va ajunge la 9%/6%, respectiv, în 2050. Din perspectiva industrializării, stocarea energiei electrochimice are o bază industrială puternică și va fi primul care va introduce în mare parte- dezvoltarea la scară, în timp ce stocarea energiei cu hidrogen este încă în stadiul incipient al industrializării, iar progresul dezvoltării pe scară largă va fi mai lent decât cel al stocării energiei electrochimice.

În prezent, tehnologia principală a hidrogenului cu apă electrolitică adoptă în principal metoda de electroliză a apei cu membrană de schimb de protoni (PEM), iar investiția unitară a sistemului complet de stocare a energiei cu hidrogen este de aproximativ￥9000/kW. Ca o comparație, costul actual al sistemului de un sistem electrochimic de stocare a energiei (LiFePO4) este de aproximativ￥4800/kW (￥1.2 /wh cost de sistem, timp de rezervă de 4 ore), și există încă un avantaj clar față de cel sistem de stocare a energiei cu hidrogen la sfârşitul costului; în prezent, cel mai utilizat sistem de stocare prin pompare din China are o bază industrială puternică și va fi primul care va inaugura dezvoltarea la scară, în timp ce progresul dezvoltării la scară largă va fi mai lent decât stocarea energiei electrochimice. În prezent, costul celui mai utilizat sistem de stocare cu pompare din China este de aproximativ 7000 RMB/kW, care este, de asemenea, mai bun decât cel al sistemului de stocare a hidrogenului.s.

Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea rapidă a energiei eoliene și a industriei fotovoltaice, gradul de redundanță al capacității instalate va fi crescut semnificativ, rețeaua pentru a asigura stabilitatea rețelei electrice cu siguranță nu poate fi o perioadă scurtă de timp pentru a absorbi excesul de putere impact, astfel încât energia eoliană și abandonarea energiei fotovoltaice cu costuri reduse va deveni o sursă importantă de energie electroliză a hidrogenului și pentru a rezolva dilema actuală a industrializării stocării energiei cu hidrogen.

Referințe：

[1]卢国强.氢燃料电池结构原理及其发展现状[J].内燃机与配件,2023(15):106-108.DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2023.15.007.

[2]侯明,衣宝廉.燃料电池技术发展现状[J].电源技术,2008(10):649-654.

[3]邵志刚,衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望[J].中国科学院院刊,2019,34(04):469-477.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.012.