Status van de toepassing van nieuwe energiebatterijen en de ontwikkelingsanalyse ervan (I)

Waterstofbrandstofcellen en waterstofenergieopslag

Invoering

Met de toenemende aandacht voor energievraagstukken wereldwijd, nieuw energie batterijtechnologieën zijn geleidelijk de topprioriteit geworden van wetenschappelijk onderzoek en industriële ontwikkeling in verschillende landen tegen de achtergrond van de energietransitie en duurzame ontwikkeling. Van traditionele lithium-ionbatterijen tot meer toekomstgerichte waterstofbrandstofcellen, vloeistofstroombatterijen, enz.: verschillende soorten batterijen hebben een breed scala aan toepassingsmogelijkheden laten zien op het gebied van energieopslag en elektrische voertuigen. Echter, er zijn er ook veel uitdagingen en beperkingen, zoals energiedichtheid, levensduur en kosten. Om de ontwikkeling van nieuwe energiebronnen beter te bevorderen, zal deze serie de voordelen, nadelen en toepassingsscenario's van elk type mainstream nieuwe batterijtechnologie uitgebreid evalueren, waardevolle referenties en richtlijnen bieden voor onderzoekers en industriële praktijkmensen, en voortdurende innovatie op dit gebied bevorderen, en bijdragen aan de duurzame ontwikkeling van de mondiale energie.

Hoofd artikel

Volgens de elektrolyt worden brandstofcellen geclassificeerd en gekarakteriseerd zoals weergegeven in Tabel 2-1.

Tabel 2-1 Basistypen brandstofcellen

Waterstofbrandstofcellen werken door waterstof en zuurstof zonder verbranding te laten reageren om waterstofenergie om te zetten in elektriciteit. Het reactieproces wordt weergegeven in Figuur 2.1 ^[1].

Figuur 2.2 Portfolio voor de energieketen van brandstofcelvoertuigen

Om schepen zonder koolstofuitstoot en zonder vervuiling te realiseren, zijn er verschillende routes voor koolstofvrije scheepsenergietechnologie ontstaan. De waterstofluchtvaart wordt ook beschouwd als de sleutel tot het bereiken van nuluitstoot van verontreinigende stoffens en duurzame ontwikkeling in de luchtvaartindustrie in de toekomst. Vanwege de hoge eisen die grote passagiersvliegtuigen stellen aan de energiedichtheid van waterstofbrandstofcellen, de opslag en het bijtanken van waterstofbrandstof en de veiligheid van waterstof, is het moeilijk om de toepassing van grote waterstofbrandstofcelvliegtuigen in korte tijd te realiseren. DRones worden steeds wijdverspreider in de industriële keten vanwege hun economische en gemakkelijke bedieningskenmerken.

De verwachting is dat waterstofenergie op de lange termijn een belangrijke vorm van elektriciteitsopslag zal worden. Vanuit de voorraad geïnstalleerde capaciteit is pompopslag nog steeds de belangrijkste vorm van energieopslag, de laatste jaren begint elektrochemische energieopslag ook de ontwikkeling van waterstofenergieopslag te versnellen , maar het heeft de toepassing van grootschalige nog niet gerealiseerd. Zoals eerder vermeld zal de toekomstige toepassing van energieopslag in het energiesysteem echter overvloediger zijn, zowel in de tijdsdimensie als in de ruimtedimensie, de vorm van energieopslag zal meer gediversifieerd zijn en waterstofenergie kan nog steeds worden gebruikt als chemische energieopslag. , fysieke energieopslag, een veelbelovende aanvulling.

Volgens de voorspelling van het IEA zal de geïnstalleerde capaciteit van elektrochemische energieopslag/waterstofenergie in 2050 respectievelijk 9%/6% bereiken. Vanuit het perspectief van de industrialisatie heeft elektrochemische energieopslag een sterke industriële basis en zal deze de eerste zijn die grote veranderingen zal inluiden. schaalontwikkeling, terwijl de opslag van waterstofenergie zich nog in het beginstadium van de industrialisatie bevindt, en de voortgang van de grootschalige ontwikkeling langzamer zal zijn dan die van de opslag van elektrochemische energie.

Momenteel maakt de reguliere elektrolytische waterwaterstoftechnologie voornamelijk gebruik van de protonenuitwisselingsmembraanwaterelektrolyse (PEM) -methode, en de investering per eenheid van het volledige waterstofenergieopslagsysteem bedraagt ongeveer￥9000/kW. Ter vergelijking: de huidige systeemkosten bedragen een elektrochemisch energieopslagsysteem (LiFePO4) gaat over￥4800/kW (￥1,2 /wh systeemkosten, 4 uur back-uptijd), en er is nog steeds een duidelijk voordeel ten opzichte van de waterstof-energieopslagsysteem op het gebied van de kosten; Momenteel heeft het meest gebruikte pompopslagsysteem in China een sterke industriële basis en zal het de eerste zijn die de schaalontwikkeling inluidt, terwijl de voortgang van grootschalige ontwikkeling langzamer zal zijn dan elektrochemische energieopslag. Momenteel bedragen de kosten van het meest gebruikte pompopslagsysteem in China ongeveer RMB 7000/kW, wat ook beter is dan die van waterstofopslagsystemen.s.

Met de snelle ontwikkeling van de windenergie- en fotovoltaïsche industrie zal de mate van redundantie van de geïnstalleerde capaciteit echter aanzienlijk toenemen. Het net dat de stabiliteit van het elektriciteitsnet moet garanderen, kan zeker niet in korte tijd het overtollige vermogen absorberen impact, zodat het stopzetten van windenergie en goedkope fotovoltaïsche energie een belangrijke bron van waterstofelektrolyse-energie zal worden, en om het huidige dilemma van de industrialisatie van de opslag van waterstofenergie op te lossen.

Referenties：

[1]卢国强.氢燃料电池结构原理及其发展现状[J].Er zijn geen producten gevonden die aan je zoekcriteria voldoen,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]志刚,衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望[J].Er zijn geen producten gevonden die aan je zoekcriteria voldoen,2019,34(04):469-477.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.012.