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亚博APP安全有保障:环保与动力并成氢动力汽车时代到来

 


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本文摘要:对于大多数人而言,氢作为一种燃料是一个陌生的概念。

对于大多数人而言,氢作为一种燃料是一个陌生的概念。正如你需要从氢自燃提供能量那样,生产氢也必须花费某种程度的能量。这或许不是一个具备说服力的命题。

  但是,伦敦皇家学院燃料电池与氢研究部门负责人DavidHart说:“你必需区别对待氢与石油。石油是一次能源,但是氢如同电力一样,是一种能源载体而已。它可以储存为液体、传输气体、粉末金属氢化物或其它更加深奥的形式。此外,它也可以用于可再生能源的储存器。

”可再生能源来自于风能等来源。氢的缺失之一是,与化石燃料有所不同,氢难以储存,井且无法按须要供应。

因此,来自可再生能源的能量可通过电解起到于水,在水中生产氢。氢可以储存,并以电力无法应用于的方式展开应用于。

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理论上,利用便宜的夜间能量,你可以利用由水转化成来的氢填满你的汽油箱。其产物将是生产与用于过程中都会产生污染的能量。它还可以增加经济对石油的倚赖程度。

*惜,氢终将代替汽油与柴油,沦为汽车的能量来源。然而,氢在汽车中如何被转化成为动力则是另外一其实。汽车制造商面对两个基本自由选择方案:一种氢燃料电池或者一种自燃氢气的内燃机。两种方案都不切实际,并且都正处于研发的末期阶段,但是在氢需要工业化生产并源源不断供应大量市场之前,仍有很长的道路要回头。

各个国家也必须享有充足的氢基础设施,以便车辆需要像过去打气一样便利地补足燃料。燃料电池通过氧与氢融合分解水这样的电气化学反应展开发电。尽管不存在多种不同的燃料电池,但是它们都基于一个中心设计理念。所分解的电力可用作驱动各种装置,驱动范围从汽车到笔记本电脑,无所不可。

汽车内部结构图燃料电池本身由一“填”或一组电池包含。每个电池都具备一个阴极与一个阳极,分解电力的反应在这两极再次发生。

此外,每个燃料电池都具备一种电解质及一种催化剂,电解质可将带电粒子通过电力从一个电极装载到另一个电极,而催化剂可减缓电极处的反应速度。电解质起着关键作用。

它必需仅有允许适度的离子流经阳极与阴极之间。如果自由电子或其它物质需要穿越电解质,它们将不会毁坏化学反应。质子互相交换膜(PEM)燃料电池是一种*限于于汽车的燃料电池。

它使用一种单体薄膜作为电解质,该薄膜一般来说具备白金电极。这些电池可以在比较低温下应用于,并且可以转变其输出功率,以符合自排的市场需求。当提到燃料电池时,加拿大与美国是其中*最重要的国家。加拿大是巴拉德动力系统公司(BallardPowerSystems)的所在地,该公司被普遍认为为燃料电池行业*公司之一。

巴拉德公司正在针对大量市场,特别是在是交通运输行业,研发质子互相交换膜(PEM)燃料电池。戴姆勒-克莱斯勒汽车公司与福特汽车公司*将近并购了这一公司欧洲业务,正式成立的合资公司目前叫作Nucellsys公司。  自上世纪九十年代初期以来,戴姆勒-克莱斯勒公司的研究人员及工程师们就仍然致力于将燃料电池技术应用于汽车工业。

1994年,第一款燃料电池车辆NEcAR1问世,此后曾有二十多款深入研究车辆及原型车效仿此车展开制作。  传动系统的尺寸及重量大大地增加,而汽车的性能及可靠性急剧提升。

燃料电池技术领域180个专利申请项目突显该公司所获得的成就。  2004年,戴姆勒-克莱斯勒公司公开发表该公司*新的燃料电池汽车——命名为B级汽车。这一汽车的高扭矩电动机可分解100kw以上的功率。

这比其上一代汽车动力装置的功率约高达35kw。燃料消耗的提高及氢存储将车辆的工作范围提升到400公里。

  “有了这款汽车为基础,我们将之后更加大规模地展开顺利的实践中测试,”戴姆勒-克莱斯勒公司管理委员会负责管理研究及技术的成员Thomasweber博士说。  2003年,戴姆勒一克莱斯勒公司针对汽车、厢式货车及长时间运营的客车展开了一系列普遍的燃料电池实践中测试。

目前日常应用于有100多辆燃料电池车辆,这为戴姆勒-克莱斯勒公司的工程师获取了这一技术当前的发展资料。  自2003年起,有30辆配有了燃料电池的梅赛德斯--飞驰citaro。

城市客车在十个欧洲城币长时间运营。这些城市客车早已行经了50多万公里。其中个别以燃料电池为动力的货车目前被用作日常载运业务,这些业务的装运公司坐落于德国及美国。

  自2004年下半年,该公司生产的60辆A级小型汽车配有了燃料电池,同时该公司将这些汽车赠予德国、美国、日本及新加坡的客户,以便他们展开实践中测试,其目的在于尽量使试验条件多样化。  在第一测试阶段,在差异很大的情况下,这些车辆约行经了30万公里(19万英里)。  “长年来讲,燃料电池为汽车确保环保与灵活性获取*欠佳时机,”Weber说,“它的效率约是内燃机效率的两倍。

它是构建无排放物驾驶员的今关键技术。”  基于巴拉德公司的技术,戴姆勒克莱斯勒燃料电池的核心由一个薄膜电极组(MEA)包含,该电极组设置于两个柱塞板之间。柱塞板需要引领氢到阳极并引领氧气(来自空气)到阴极。

当氢抵达催化剂层时,它分解成为质子(氨离子)及电子。  阳极分解的自由电子以能用电流的形式被引领流经外部电路。

来自空气的氧、来自外部电路的电子及质子在阴极化制备水及热量。  福特公司也使用了巴拉德公司的一种燃料电池,但是搭配了一种混合电池组补足动力装置。“我们燃料电池车辆的工程师与研发我们汽油混合型发动机的工程师密切合作,”福特公司可持续灵活性技术项目主管MaryAnnwright说,“我们通过设计这些汽车提供的科学知识有助我们构成燃料电池动力的经验。它也将有助我们在短期内生产更佳的汽油混合型发动机。

”  福克斯燃料电池车(FCV)是一种基于福特紧凄轿车的燃料电池样车,但是它使用了精妙的装配调节动力系统。隐蔽在地板底盘下面的是一个氢燃料电池及辅助能源系统,这一系统为动力系由获取电力。坐落于后备箱的氢罐可装载汽车所需的氢燃料。  福克斯燃料电池车是加到了一种镍金属——氢电池组及一个线掌控一动电动液压系列再生制动系统的混合型汽车。

刹车时,这能将车辆的动能转化成为电力。  某种程度与巴拉德公司联合合作,本田汽车公司的燃料电池项目也*先进设备。

汽车制造商也开始在日本、加利福尼亚及美国对样车展开实地试验。传统的燃料电池组具备简单的结构,其中碳隔开片被螺栓抱住地相同在一起。

  然而,本田FCStack汽车具备由冲压金属隔开片构成的修改结构,其橡胶密封件以一种独有的压模工艺加装并由嵌板堵塞。  这使元件的数量完全增加了一半,并且功率强度减少了两倍以上。燃料电池组加压所须要时间也增加了许多。

  它使用了芳香型电解质膜。这提升了耐用性并使系统可以在一20℃至95℃的温度范围内操作者。这使用传统氟系电解质膜的电池组很难构建。

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FCX样车具备395公里的驾驶员里程。  日产汽车公司、现代汽车公司与美国联合技术动力公司(UTC)合作开发其自身的PEM燃料电池系统。其电池系统之一*将近在一种日产运动型多功能样车中已完成了一个2.5万公里的测试。该车辆不受各种地形及有所不同气候等实际行车条件的制约。

  日本公司也研发了其*具备一个高压储存系统内部燃料电池组。该系统使用一个*新的研发的薄隔开片,该元件可以隔绝供给独立国家电池的氢及氧气并将所分解的电力传送给下一个电池。  与UTC的装置比起,这种新型隔开片将电池节距增大40%。

节距是指附近电池之间依次相连的间距。用作车辆的电池组一般来说使用数百个依次相连的电池,以便提供适当的电压。这种增大需要使整个电池组更为灵活。

  日产公司也顺利地将管线元件及外围掌控装置带入到电池组结构。因此,日产公司不仅构建了比原本电池组更加灵活的设计,而且也提升了输出功率。

日产公司的新型电池组在不具备某种程度级别功率的情况下,其尺寸可以增加至UTC电池组尺寸的60%。  该公司也通过改良电解质膜及优化电池组内氢与空气的流道,提高了操作温度范围。

  出乎意料的是,丰田公司仍然独立国家地研发其所有的主要燃料电池系统元件,还包括燃料电池组。该公司自2002年起仍然将其样车租用各政府及能源公司,而且来自第一代样车的资料早已推展了其设计。  除了提升输出功率之外,*根本性的发展是该公司的氢储罐。

这种新型70MPa的储罐早已通过技术标准检验,这指出它的使用寿命将宽约15年。以前的储罐仅有可以存储35MPa的气体并仅可用于三年。  这种高压氢罐具备一个由高强度尼龙树脂做成的防漏内衬,该内衬可更佳地避免气体利用。该储罐内部具备一个减少可靠性的高压螺线管重开阀。

  由于该储罐使用了一个仅有填充结构及碳纤维外观,因此这些元件重量也较重。该储罐比其前一代所容纳的氢多出1.7倍,因而车辆续驶里程需要比原本多出500公里。

进展比较稳定,而燃料电池开发商之间的竞争较为白热化。但是问题是燃料电池多久才需要推展到大量市场之中呢。大众汽车公司回应燃料电池车辆批量生产的可能性*早于将于2020年构建。

尽管该技术具备十分低的潜在效率及极为不利的废气废气性能,但是仍有一些障碍必须解决。样车氢至今仍未通过可再生能源大量充份地生产。将氢储存到车辆内仍是一个难题,目前燃料十分便宜,燃料电池也一样便宜。

鉴于这一点,大众汽车公司正在谋求一种过渡性策略,该策略还包括改良传统燃料及现有基础设施。在此期间,汽车制造商只想生产燃料电池车辆样车以便改良这一技术。至今仍未有任何企图将该技术商业化的方案。

法国汽车制造商雷诺汽车公司将使用类似于的方案。该公司将与美国Nuvera燃料电池公司合作。

Nuvera公司能研发燃料改进技术及燃料电池。两家公司将研发一种限于于汽车的车载燃料重整器,该重整器可以将汽油转化成为氢。预计,该重整器将用作驱动燃料电池。

并非所有人都对推展燃料电池所需的进程如此乐观。也许巴拉德公司指出氢系统迅速就不会投入使用可以解读。但是明确必须多长时间呢?“我们指出氢燃料电池到201O年就需要商业化地用作汽车中,”巴拉德公司总裁Denniscampbell说,“有四个基本衡量标准需要告诉我们何时燃料电池已准备就绪。

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”据campbell透漏,燃料电池必需最少具备五千个小时的使用寿命;它们应当需要在一30。c的低温下启动;它们应当需要每升至分解2.5kw的容积功率密度;此外,燃料电池组在超过50万台批量时成本应当为每千瓦30美元(人民币243元)。“我们的目标*落后,但是到2010年可以构建,”campbell回应。今后五年,巴拉德公司想以其2004年燃料电池组所获得的进展为基础。

在冰点温度以下掌控由燃料电池分解的水是众多技术难题。而该装置需要在-20℃倒数启动50次。

通过使用仿真传统汽油车辆的一个驱动循环,耐用性也获得了提高,电池用于时间比原本多出2200个小时。这相等于长时间行经10万公里。该技术要普遍地以求使用,汽车燃料电池的成本必需可以与当今的内燃机成本互为竞争。

宝马汽车公司指出这一问题有*欠佳解决方案:之后使用内燃机,但是其燃料使用氢。“如果这些汽车驾驶员一起给人的感觉不舒适度时,人们就会出售汽车,”宝马汽车公司董事长HelmutPanke博士说,“只有具备一种燃氧内燃机,才需要维持我们早已习惯的高标准灵活性。”但是除了保有传统性能及驱动性能标准外,宝马公司相信其方案不会取得成功还有另外一个原因。

“汽车将需要以氢模式或汽油模式运营。在从石油向氢动力过渡时期,你将需要驾驶员我们的氢动力汽车,”Panke说,“这一过程将持续几十年。

由于可以使用任何一种燃料,在两种燃料的原始网络经常出现时,你将不用受到氢标示车站之间距离的容许。”氢罐外观Panke回应,尽管至今仍未有投放市场的确认日期,但其7系列汽车将在几年之内配有一种氢/汽油内燃机。

样车将具备一个5.4升至排量的V12发动机,该车需要在5800并转/分钟时分解150kw的功率。燃料将从两个混合结构系统其中的一个系统流经。使用电动发动机设计,氢喷气系统的压力各不相同发动机运营程度。

由于其能量密度较高,该发动机使用液态氢而非气态氢。在温度-253℃高压下储存液体是王要技术挑战之一。

因此,宝马公司与奥地利Magnasteyr公司合作。Magnasteyr公司的工程师已生产出有一种超强隔绝可在5巴压力下容纳燃料的120升至低温储罐。其8公斤氢燃料相等于32升至汽油。该储罐由2毫米薄的钢板及一个30毫米薄的真空隔绝层包含。

该隔绝层由约70层铝箔、玻璃纤维及一个106亳巴真空层包含。其外壳具备一个气体警告装置。石油公司给与反对该储罐依然*轻巧,它占有了样车车体的大量空间。

Magnasteyr公司研发主管Buchholz回应,随着技术的更进一步发展,它将以更加小更佳地加装进车辆中。“存储是氢动力汽车的王要问题,”他说,“但是新的标示时间早已很好令人满意。标示仅有须要三分钟,因此可以与常规的汽油罐向相媲美。

”“我们正在实地考察使用氢浆的工艺,该工艺需要使某种程度的储罐多储存20%燃料。形式权利的储罐也在研发之中。它们不是圆筒形的,其形状将更加类似于常规车辆中使用的储罐形式,”Buchholz说。Magnasteyr公司工程师也正在研究改良将液体燃料从储罐输送到燃烧室的方法。

目前系统使用的供给管道类似于为航天火箭研发的供给管道,但是改良燃料到发动机的运送方式及车上可存储氢的数量仍不存在一定可能性。资料图由于有所不同的汽车制造商谋求几乎有所不同的技术策略,因此哪个制造商不会*惜落败尚能不确认。

但是,且不说车辆发展,针对氢基础设施制订全球标准也是必需的。关于司机如何将氢重复使用其车辆必需尽快达成协议一些共识。

尽管目前加油站燃烧室的设计不存在细微差别,但是它们都需要组装进所有汽车中。鉴于这一点,宝马汽车公司、通用汽车公司及本田汽车公司于是以合作开发一个可与液氢给定的标准储罐。石油公司多久需要设置一个适当的氢标示车站基础设施仍是个根本性问题。

该行业于是以面对一场马拉松长跑,但是这是一场早已开始的比赛。在欧美地区,石油公司已创建标示车站反对氢动力汽车的公开发表试用。

这些依然与实验项目毫无区别,而且不一定需要证明这种技术将为今后所使用。但是,石油公司告诉氢将在市场有一席之地,而且一旦他们拟定有效地生产氢的方法,设置基础设施的问题大自然将以求解决问题。

对于汽车制造商及供应商而言,*最重要事情是参予这一过程并为汽车工业何时步入其下一代作好打算。


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