如何有效利用環(huán)保氫氣
合理利用氫氣有望實(shí)現(xiàn)碳中和,目前已具備低成本生產(chǎn)可再生的環(huán)保氫氣的技術(shù)手段,如何將此類氫氣有效地利用是眼下的課題。
株式會社電裝(以下簡稱“電裝”)正致力于開發(fā)固體氧化物燃料電池 (SOFC),這是一種通過氫氣與其他燃料和氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力和熱量的燃料電池。并且為了促進(jìn)碳中和的實(shí)現(xiàn),在開發(fā)過程中需同時(shí)兼顧環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)適用。
以“效率”為特征的SOFC
燃料電池通過氫氣與其他燃料和氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力和熱量。當(dāng)氫氣作為燃料使用時(shí),發(fā)電過程中只產(chǎn)生水不產(chǎn)生二氧化碳,是一種非常理想的清潔能源。
根據(jù)使用的電解質(zhì)和工作溫度進(jìn)行燃料電池的類型劃分。FCEV(燃料電池汽車)中所使用的燃料電池稱為PEFC,PEFC使用高分子隔膜作為電解質(zhì)膜。高分子隔膜在約100°C下反應(yīng),其特點(diǎn)是啟動時(shí)間短。SOFC使用的是陶瓷隔膜,其反應(yīng)溫度可高達(dá)700℃。由于溫度高,啟動時(shí)間比PEFC長,但同時(shí)也具備能源效率高的特點(diǎn), 因此更適用于固定裝載模式。
此外,SOFC的另一個(gè)特點(diǎn)是可以通過使用碳衍生燃料進(jìn)行發(fā)電,包括城市燃?xì)?,這是市場上使用最廣泛的氣體燃料。
電裝在SOFC的大膽挑戰(zhàn)
盡管SOFC是一種正在實(shí)際用于家庭和商業(yè)用途的產(chǎn)品,但電裝希望通過自身的技術(shù)以更高的發(fā)電效率為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)能源零浪費(fèi)使用,為減少碳排放做出貢獻(xiàn),進(jìn)一步提高SOFC的環(huán)境友好性。
普及SOFC所需克服的挑戰(zhàn)
電裝環(huán)境中和系統(tǒng)開發(fā)部表示:“一般來說,燃料電池將大約20%的燃料流向下游過程而不發(fā)生反應(yīng),因?yàn)樨?fù)責(zé)發(fā)電的電池非常敏感,如果試圖反應(yīng)所有的燃料,電池就會受損。雖然可以防止電池劣化,但也造成了能量損失,阻礙了發(fā)電效率的提高。而電裝的挑戰(zhàn)就在于如何在不浪費(fèi)的情況下充分使用能源”
“另一方面,如果電池使用壽命短,更換零件和進(jìn)行維護(hù)的成本就會更高,從經(jīng)濟(jì)角度來看,應(yīng)用普及會更加困難。提高使用壽命的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是發(fā)電部件和金屬材料的耐久性。由于內(nèi)部溫度高達(dá)700°C,溫度波動對使用壽命有直接影響。因此盡管與發(fā)電效率有關(guān),但內(nèi)部溫度控制對于實(shí)現(xiàn)長使用壽命非常重要?!?/p>
為此,電裝旨在通過其在開發(fā)移動性產(chǎn)品所研發(fā)的熱管理技術(shù)進(jìn)一步解決“提高SOFC發(fā)電效率”以及“延長電池使用壽命”兩大課題。
解決SOFC課題的電裝之道
在電池堆排放的20%未使用的燃料中,10%返回入口側(cè)(回收),剩下的10%在燃燒器中燃燒,熱量被重新用于燃料改質(zhì)器和其他設(shè)備。電裝所使用的液壓泵即使在高溫條件下也可正常運(yùn)行,通過熱量回收可進(jìn)一步提高發(fā)電效率。在高發(fā)電率條件下,為了延長電池壽命,將電池堆和每個(gè)部件保持在目標(biāo)溫度也很重要。
電裝的目標(biāo)是通過利用輻射熱的技術(shù)來解決這個(gè)問題,即使物品之間沒有直接接觸,輻射熱也會以電磁波的形式傳播。通過控制組件布局和高溫流體的流動等熱管理技術(shù)來解決這個(gè)問題。
因此,通過利用循環(huán)技術(shù)和熱管理技術(shù),電裝正在開發(fā)發(fā)電效率高于65%且使用壽命更長的產(chǎn)品。
為后續(xù)的普及夯實(shí)基礎(chǔ)
普及SOFC的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。電裝秉承著對產(chǎn)品品質(zhì)的承諾以及自身所具備的大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù),在SOFC項(xiàng)目的早期階段就讓制造部門參與其中,以便在設(shè)計(jì)階段即可研發(fā)出高性能產(chǎn)品,為后續(xù)批量生產(chǎn)夯實(shí)基礎(chǔ)。
著眼于碳中和未來
實(shí)現(xiàn)SOFC進(jìn)一步發(fā)展
電裝正利用自身優(yōu)勢克服開發(fā)SOFC的發(fā)電效率和電池壽命等課題,為了進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)適用性,SOFC在支持各種燃料的應(yīng)用方面也非常重要。因此,電裝也著手于開發(fā)能夠同時(shí)適用城市燃?xì)馀c環(huán)保氫氣的混合燃料SOFC,通過對混合燃料的兼容達(dá)到大幅減少二氧化碳排放的目的。
未來,電裝將著眼全球,朝2035年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)進(jìn)一步邁進(jìn),攜手擁有共同愿景的合作伙伴一起迎接未來的挑戰(zhàn)。
以上內(nèi)容和圖片均來自于電裝官網(wǎng)
https://www.denso.com/jp/ja/driven-base/tech-design/sofc/
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原文標(biāo)題:電裝開發(fā)SOFC燃料電池,進(jìn)一步推進(jìn)清潔能源社會
文章出處:【微信號:DENSOINCHINA,微信公眾號:電裝在中國】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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