美國(guó)研發(fā)的新燃料電池功率增加10倍
日期：2024-10-16 07:51:31 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：362如果你想開(kāi)上電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行長(zhǎng)途旅行，就需要一部燃?xì)怛?qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，就像雪佛蘭?福特中(ChevroletVolt)的那種，這樣才能延長(zhǎng)它的行駛里程。問(wèn)題是，它用這樣的發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并不比傳統(tǒng)汽車(chē)更有效率。事實(shí)上，它的效率甚至更低，因?yàn)樗幸粋€(gè)沉重的電池組，帶起來(lái)很費(fèi)力。
現(xiàn)在，美國(guó)馬里蘭大學(xué)(UniversityofMaryland)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種燃料電池，更為有效，可以替代汽油發(fā)電機(jī)。就像所有的燃料電池一樣，它發(fā)電依靠的是化學(xué)反應(yīng)，而不是燃燒燃料，而且發(fā)電效率兩倍于內(nèi)燃發(fā)電機(jī)。
研究人員的燃料電池大大改進(jìn)了版本，這種型號(hào)有一種陶瓷固體電解質(zhì)(solidceramicelectrolyte)，而且被稱(chēng)為固體氧化物燃料電池(solid-oxidefuelcell)。不同于汽車(chē)中常用的氫燃料電池，固體氧化物燃料電池的運(yùn)行可以采用多種現(xiàn)成燃料，包括柴油，汽油和天然氣。它們已經(jīng)被用于給建筑物發(fā)電，但都認(rèn)為在汽車(chē)中使用不切實(shí)際，因?yàn)樗鼈兲?，也因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行溫度非常高，通常大約需要900攝氏度。
通過(guò)開(kāi)發(fā)新的電解質(zhì)材料，改變電池設(shè)計(jì)，研究人員制成的燃料電池更加緊湊。它可以產(chǎn)生10倍以上的功率，這是對(duì)比同樣尺寸的傳統(tǒng)電池而言，而且可以比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)更小，同時(shí)產(chǎn)生同樣的功率。
研究人員也降低了燃料電池的運(yùn)行溫度，降低了幾百度，這就使他們可以使用更便宜的材料?！斑@是一個(gè)巨大的成本差異，”埃里克?瓦西門(mén)(EricWachsman)說(shuō)，他是馬里蘭大學(xué)能源研究中心主任，領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究。他說(shuō)，研究人員已經(jīng)確定了一些簡(jiǎn)單的方法，可以提高輸出功率，進(jìn)一步降低溫度，使用的一些方法在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)顯示出可喜的成果。這些進(jìn)展可使成本降低到某一點(diǎn)，這樣它們就可與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。瓦西門(mén)說(shuō)，他正處在早期階段，要開(kāi)辦公司，商業(yè)化這項(xiàng)技術(shù)。
瓦西門(mén)的燃料電池目前運(yùn)行在650攝氏度，而他的目標(biāo)是降低到350攝氏度，以用于汽車(chē)。隔離燃料電池并不難，因?yàn)樗鼈兒苄?，一個(gè)足夠大的燃料電池組，要驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，只需要10厘米的邊長(zhǎng)。高溫是一個(gè)更大的問(wèn)題，因?yàn)檫@就需要在設(shè)備中使用昂貴的耐熱材料，也因?yàn)榧訜犭姵剡_(dá)到工作溫度，需要較長(zhǎng)的時(shí)間。降低溫度，瓦西門(mén)就可以使用較便宜的材料，而且可以減少電池啟動(dòng)所需要的時(shí)間。
即使有了這些進(jìn)步，燃料電池仍然不會(huì)很快上場(chǎng)，而汽車(chē)每次短途行駛，開(kāi)關(guān)電池都會(huì)導(dǎo)致很大的磨損，這會(huì)減少它的壽命。相反，它會(huì)搭配電池組，就像福特中的內(nèi)燃機(jī)那樣，瓦西門(mén)說(shuō)。這樣，燃料電池的運(yùn)行就可以更平穩(wěn)，有助于保持電池的優(yōu)勢(shì)，不會(huì)產(chǎn)生突然發(fā)力加速。
研究人員取得他們的成果，主要是因?yàn)楦倪M(jìn)了固體電解質(zhì)材料，這些材料就在固體氧化物燃料電池的核心。在傳統(tǒng)的燃料電池中，電解質(zhì)要足夠厚，以提供結(jié)構(gòu)性支持。但電解質(zhì)的厚度限制了發(fā)電量。在過(guò)去的幾年中，研究人員一直在開(kāi)發(fā)一些設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)不需要電解質(zhì)支持電池，這樣，他們就可以使電解質(zhì)更薄，在較低溫度下獲得很高的輸出功率。馬里蘭大學(xué)的研究人員使這一步邁得更大，他們開(kāi)發(fā)出新的多層電解質(zhì)，提高的輸出功率還要多。
這項(xiàng)工作是美國(guó)能源部更大項(xiàng)目的一部分，在過(guò)去十年中，這一項(xiàng)目就是使固體氧化物燃料電池可以進(jìn)行實(shí)際運(yùn)輸。這項(xiàng)工作的第一個(gè)成果，可能不會(huì)是轎車(chē)中的燃料電池，到目前為止，瓦西門(mén)只制作出相對(duì)較小的燃料電池，而重大的工程工作仍有待完成。首次應(yīng)用固體氧化物燃料電池的車(chē)輛，可能會(huì)是長(zhǎng)途卡車(chē)，這種卡車(chē)的駕駛室?guī)P鋪。
設(shè)備供應(yīng)商如德?tīng)栰彻?Delphi)和康明斯公司(Cummins)正在開(kāi)發(fā)的燃料電池，可以驅(qū)動(dòng)駕駛室內(nèi)的空調(diào)、電視和微波爐，有望削減85%的燃料消耗，這是對(duì)比空轉(zhuǎn)的卡車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)而言。德?tīng)栰彻镜南到y(tǒng)還采用了一種設(shè)計(jì)，可適用更薄的電解質(zhì)，但運(yùn)行溫度高于瓦西門(mén)的燃料電池。燃料電池可以在星期一開(kāi)啟，讓它低速運(yùn)行一周，仍然可以減少85%的能耗。德?tīng)栰彻疽呀?jīng)制成一個(gè)原型，而且計(jì)劃明年演示安裝在卡車(chē)上的系統(tǒng)。