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美國研發(fā)新燃料電池 功率增加10倍
來源:麻省理工科技創(chuàng)業(yè) 日期:2011-12-7 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:

美國馬里蘭大學(xué)(University of Maryland)的研究人員開發(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,這種型號有一種陶瓷固體電解質(zhì)(solid ceramic electrolyte),而且被稱為固體氧化物燃料電池(solid-oxide fuel cell)。不同于汽車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。

通過開發(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,這是對比同樣尺寸的傳統(tǒng)電池而言,而且可以比汽油發(fā)動機(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。 “這是一個(gè)巨大的成本差異,”埃里克·瓦西門(Eric Wachsman)說,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,研究人員已經(jīng)確定了一些簡單的方法,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)動機(jī)競爭。瓦西門說,他正處在早期階段,要開辦公司,商業(yè)化這項(xiàng)技術(shù)。

瓦西門的燃料電池目前運(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。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)動汽車,只需要10厘米的邊長。高溫是一個(gè)更大的問題,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,需要較長的時(shí)間。降低溫度,瓦西門就可以使用較便宜的材料,而且可以減少電池啟動所需要的時(shí)間。

即使有了這些進(jìn)步,燃料電池仍然不會很快上場,而汽車每次短途行駛,開關(guān)電池都會導(dǎo)致很大的磨損,這會減少它的壽命。相反,它會搭配電池組,就像福特中的內(nèi)燃機(jī)那樣,瓦西門說。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,不會產(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。在過去的幾年中,研究人員一直在開發(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)工作是美國能源部更大項(xiàng)目的一部分,在過去十年中,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,可能不會是轎車中的燃料電池,到目前為止,瓦西門只制作出相對較小的燃料電池,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輛,可能會是長途卡車,這種卡車的駕駛室?guī)P鋪。

設(shè)備供應(yīng)商如德爾斐公司(Delphi)和康明斯公司(Cummins)正在開發(fā)的燃料電池,可以驅(qū)動駕駛室內(nèi)的空調(diào)、電視和微波爐,有望削減85%的燃料消耗,這是對比空轉(zhuǎn)的卡車發(fā)動機(jī)而言。德爾斐公司的系統(tǒng)還采用了一種設(shè)計(jì),可適用更薄的電解質(zhì),但運(yùn)行溫度高于瓦西門的燃料電池。燃料電池可以在星期一開啟,讓它低速運(yùn)行一周,仍然可以減少85%的能耗。德爾斐公司已經(jīng)制成一個(gè)原型,而且計(jì)劃明年演示安裝在卡車上的系統(tǒng)。

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