其实氢燃料并不是个什么新发明,早在半个世纪前氢能就应用于航天领域了,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,氢燃料电池被运用于发电、汽车、航空等领域。
让企业犹豫不决的,是其高昂的成本,除此之外,技术的可靠性更是关键原因。为此,我们采访了众宇动力副总经理李九鼎先生,对氢燃料电池动力系统进行详尽的了解。
氢燃料电池/图 来源网络
Q:氢燃料电池为什么是被看好的21世纪新能源之一,氢燃料电池与锂电池相比,到底有哪些优势?
A:氢能在无人机、汽车、工厂、住宅供电等方面都有着极大的需求和应用前景,甚至在未来有望取代现有石油经济体系,进入“氢经济”时代,成为人类生活必不可少的能源。主要有几大优点:
一是高效能:其发电效率通常能达到32%至70%。以民用无人机为例,目前市面上的多旋翼无人机主要采用锂聚合物电池作为主要动力,续航能力一般在20分钟至30分钟之间,因技术方面不同有所差别,大部分续航时间都是在45分钟以内;而氢燃料电池动力系统的旋翼机,续航时间超过4.5小时。
众宇动力推出两款名为“天行者”的固定翼无人机和“游骑兵”的六旋翼无人机,前者在2015年6月2日创下了12小时连续不断飞行的成绩;两个月后,后者在新疆创造了3小时30分钟的野外飞行记录。
二是环保:燃料电池的排气是水蒸气,对环境的影响可忽略不计。随着全球工业化进程不断加快,化石燃料消耗量日益增长,环境污染问题也越来越受到关注,氢能有望成为清洁燃料的替代品。
三是安全:氢气是最轻的、逃逸性最强的燃料,很难聚集;燃料电池工作的整个过程温度在80C以下,没有燃烧过程;海拔3000m以下,对燃料电池性能影响微乎其微。
Q:那氢燃料电池的工作原理是什么?
A:氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢在阳极变成氢离子(质子)通过电解质转移到阴极,同时放出电子通过外部的负载到达阴极,与氧气发生反应生成水。
氢燃料电池的基本结构和基本燃料电池的结构相同包括:电极、电解质隔膜与集电器等。
电极是燃料氧化和还原的电化学反应发生的场所,可分成阴极与阳极两部分。电解质隔膜的功能是分隔氧化剂与还原剂并同时传导离子。目前燃料电池所采用的电解质隔膜可以分为两类,一类为以绝缘材料制作多孔隔膜,例如石棉膜、碳化硅膜和铝酸锂膜等,再将电解液,例如氢氧化钾、磷酸和熔融碳酸盐等,浸入多孔隔膜:另一类电解质隔膜为固态离子交换膜,例如质子交换膜燃料电池中采用的全氟磺酸树脂膜。集电器也称做双极板,它只有收集电流、疏导反应气体及分隔氧化剂与还原剂的作用;双极板的性能取决于材料特性、流场设计与加工技术。
由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。由于氢燃料电池不储能,确切的讲应该称为氢发电装置。
Q:既然氢燃料电池具有如此优势,那么无人机行业氢燃料电池发展现状又如何呢?
A:目前无人机电池大部分仍然是锂电池,氢燃料电池并未得到大面积普及。但是国内外很多企业都开始推出氢燃料电池动力系统的无人机产品。
国外,前不久俄国NELK公司制造的氢燃料电池八旋翼无人机在莫斯科近郊切尔诺戈洛夫卡进行的测试中创下了3小时10分钟的多旋翼无人机飞行时长记录。国内,科比特发布了一款名为HYDrone-1800的多旋翼无人机,采用氢燃料电池,续航时间长达273分钟。
而且在今年的5月29日,众宇动力团队在海拔3500米,环境温度-4℃的新疆胜利达坂地区,顺利完成了对氢燃料电池系统在高原应用中功效的检测。结合2015年在新疆亚洲地理中心的-17℃低温测试,基本解开了中国广袤地域的使用限制束缚。可以预见,氢燃料为能量载体的时代很快就会到来,在无人机行业的应用范围会大规模扩大。