Stato dell'applicazione della nuova batteria energetica e analisi del suo sviluppo (I)

Celle a combustibile a idrogeno e stoccaggio dell'energia dell'idrogeno

introduzione

Con la crescente attenzione alle questioni energetiche in tutto il mondo, una novità energia Le tecnologie delle batterie sono gradualmente diventate la massima priorità della ricerca scientifica e dello sviluppo industriale in vari paesi nel contesto della transizione energetica e dello sviluppo sostenibile. Dalle tradizionali batterie agli ioni di litio alle celle a combustibile a idrogeno più lungimiranti, alle batterie a flusso liquido, ecc., diversi tipi di batterie hanno mostrato un'ampia gamma di prospettive applicative nei campi dell'accumulo di energia e dei veicoli elettrici. Tuttavia, ce ne sono anche molti sfide e limitazioni, come la densità energetica, il ciclo di vita e i costi. Per promuovere meglio lo sviluppo di nuove fonti di energia, questa serie valuterà in modo esaustivo i vantaggi, gli svantaggi e gli scenari applicativi di ciascun tipo di nuova tecnologia delle batterie tradizionali, fornirà preziosi riferimenti e indicazioni per ricercatori, professionisti industriali, promuoverà l'innovazione continua in questo campo, e contribuire allo sviluppo sostenibile dell’energia globale.

articolo principale

In base all'elettrolita, le celle a combustibile sono classificate e caratterizzate come mostrato nella Tabella 2-1.

Tabella 2-1 Tipi base di celle a combustibile

Le celle a combustibile a idrogeno funzionano facendo reagire idrogeno e ossigeno senza combustione per convertire l'energia dell'idrogeno in elettricità. Il processo di reazione è mostrato nella Figura 2.1 ^[1].

Figura 2.2 Portafoglio di catene portacavi per veicoli a celle a combustibile

Per realizzare navi a zero emissioni di carbonio e a zero inquinamento, sono emersi diversi percorsi tecnologici per l’energia navale a zero emissioni di carbonio. Anche l’aviazione a idrogeno è considerata la chiave per raggiungere zero emissioni inquinantis e lo sviluppo sostenibile del settore aeronautico in futuro. A causa degli elevati requisiti dei grandi aerei passeggeri in termini di densità energetica delle celle a combustibile a idrogeno, stoccaggio e rifornimento di combustibile a idrogeno e sicurezza dell'idrogeno, è difficile realizzare l'applicazione di grandi aerei a celle a combustibile a idrogeno in breve tempo. Dgli roni stanno diventando sempre più diffusi nella filiera industriale per le loro caratteristiche economiche e convenienti di funzionamento.

Si prevede che nel lungo termine l’energia dell’idrogeno diventerà un’importante forma di stoccaggio dell’elettricità. Considerando la capacità installata, lo stoccaggio tramite pompaggio è ancora la principale forma di stoccaggio dell'energia, negli ultimi anni anche lo stoccaggio dell'energia elettrochimica ha iniziato ad accelerare lo sviluppo dello stoccaggio dell'energia dell'idrogeno , ma ciò non ha ancora realizzato l'applicazione su larga scala. Tuttavia, come accennato in precedenza, sia nella dimensione temporale che in quella spaziale, la futura applicazione dell'accumulo di energia nel sistema energetico sarà più abbondante, la forma di accumulo di energia sarà più diversificata, l'energia dell'idrogeno potrà ancora essere utilizzata come accumulo di energia chimica , accumulo di energia fisica, un integratore promettente.

Secondo le previsioni dell'IEA, la capacità installata di stoccaggio dell'energia elettrochimica/energia dell'idrogeno raggiungerà rispettivamente il 9%/6% nel 2050. Dal punto di vista dell'industrializzazione, lo stoccaggio dell'energia elettrochimica ha una solida base industriale e sarà il primo a inaugurare grandi dimensioni. sviluppo su larga scala, mentre lo stoccaggio dell’energia dell’idrogeno è ancora nella fase iniziale dell’industrializzazione e il progresso dello sviluppo su larga scala sarà più lento di quello dello stoccaggio dell’energia elettrochimica.

Allo stato attuale, la tradizionale tecnologia elettrolitica dell'idrogeno acquatico adotta principalmente il metodo dell'elettrolisi dell'acqua con membrana a scambio protonico (PEM) e l'investimento unitario del suo sistema completo di stoccaggio dell'energia dell'idrogeno è di circa￥9000/kW. A titolo di confronto, l'attuale costo del sistema di UN si tratta del sistema di accumulo dell'energia elettrochimica (LiFePO4).￥4800/kW (￥1,2 /w costo del sistema, 4 ore di backup), e c'è ancora un chiaro vantaggio rispetto a IL sistema di stoccaggio dell'energia a idrogeno nella fascia dei costi; attualmente, il sistema di accumulo tramite pompaggio più utilizzato in Cina ha una solida base industriale e sarà il primo a inaugurare lo sviluppo su larga scala, mentre il progresso dello sviluppo su larga scala sarà più lento dello stoccaggio di energia elettrochimica. Attualmente, il costo del sistema di stoccaggio tramite pompaggio più utilizzato in Cina è di circa 7.000 RMB/kW, che è anche migliore di quello del sistema di stoccaggio dell’idrogeno.s.

Tuttavia, con il rapido sviluppo dell’energia eolica e dell’industria fotovoltaica, il grado di ridondanza della capacità installata aumenterà in modo significativo, la rete per garantire la stabilità della rete elettrica non può certamente impiegare un breve periodo di tempo per assorbire la potenza in eccesso impatto, quindi l'energia eolica e l'abbandono dell'energia fotovoltaica a basso costo diventeranno un'importante fonte di energia per l'elettrolisi dell'idrogeno e per risolvere l'attuale dilemma dell'industrializzazione dello stoccaggio dell'energia dell'idrogeno.

Riferimenti：

[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.