Í fjöru nýju orkubyltingarinnar eru vetniseldsneytisfrumur og litíum rafhlöður, sem tvær kjarnorkutækni, að móta orkulandslagið í gegnum aðskildar tæknilegar leiðir. Vetniseldsneytisfrumur ná núll-losun orku umbreytingu með rafefnafræðilegum viðbrögðum í róteindaskiptahimnum, meðan litíum rafhlöður treysta á samtengingu og afbrigði litíumjóna milli jákvæðra og neikvæðra rafskauta til orkugeymslu. Að baki þessari tæknikeppni liggur fjölvíddar aðgreind samkeppni hvað varðar orkuþéttleika, skilvirkni umbreytingar, innviði, hagkvæmni og fleira. Samhæfni tæknilegra einkenna þeirra við notkunarsviðsmyndir ákvarðar óhefðbundna og samheitalyfja á tímum kolefnishlutleysi.
I. Grundvallarmunur á tæknilegum meginreglum og frammistöðubreytum
Proton Exchange himnueldsneytisfrumur (PEMFCs), tegund vetniseldsneytisfrumna, framleiða rafmagn með vetnis-eiturefnisviðbrögðum. Kjarnakostir þeirra liggja í orkuþéttleika og aðlögunarhæfni með lágum hita. Taktu Toyota Mirai eldsneytisfrumu ökutækið sem dæmi; Kerfisorkuþéttleiki þess nær 33,6 kWh\/kg, 168 sinnum meiri en litíum rafhlöður. Eitt vetni eldsneyti á þremur mínútum gerir kleift að 800- kílómetra aksturssvið. Þetta einkenni gerir það mjög hentugt fyrir forrit eins og 4,4 MW togkraft kanadíska Pacific Railway's (CPKC) vetnis locomotive, þar sem orkunotkunarkostnaður er 42% lægri en dísel og varðveisla árangurs er meiri en 95% jafnvel í mjög köldu umhverfi (-30 gráðu).
Aftur á móti ná litíum rafhlöður hleðslu og losun með flæði litíumjóna milli jákvæðra og neikvæðra rafskauta. Rannsóknir og þróun samtímans Amperex Technology Co., Limited (CATL) Rannsóknir á rafhlöðutækni með fastri ástandi hafa hækkað orkuþéttleika í 500 WH\/kg. Samt sem áður, þvingaður af efnafræðilegum eiginleikum litíumjóna, afköst þeirra með lágum hitastigi (40% afkastagetu við -10 gráðu) og orkuþéttleiki fellur enn undir vetniseldsneytisfrumum.
Hvað varðar skilvirkni umbreytingar, státar litíum rafhlöður, sem bein orkugeymslutæki, orkubreytingar skilvirkni allt að 90%. Aftur á móti gangast vetniseldsneytisfrumur í aukaferli „raforku-vökva,“ sem leiðir til aðeins 35%–45%. Þetta skilvirkni misræmi er sérstaklega áberandi í farþegageiranum. V4 forþjöppu Tesla getur náð hleðsluhraða „200 kílómetra á 5 mínútum,“ á meðan Hyundai Nexo vetniseldsneytisbifreiðin, þrátt fyrir 3- mínútu vetnisfylling sem gerir kleift að gera 800- kílómetra svið. Þessi tæknilegu einkenni ræður því að vetniseldsneytisfrumur henta betur fyrir þungar flutninga og kyrrstæðar orkugeymslur, en litíum rafhlöður ráða yfir stuttum ferðalögum og flytjanlegum tækjum.
II. Uppbyggingar mótsagnir í innviðum og hagkvæmni
Alheimsfjöldi hleðslu hrúga hefur farið fram úr 18 milljónum en Kína var 6,6 milljónir eininga. Aftur á móti er fjöldi vetnis eldsneytisstöðva í minna en 400. Þetta verulega skarð í innviðum leiðir beint til takmarkaðs skarpskyggni vetniseldsneytisfrumna, sem er áfram undir 1% þrátt fyrir getu til að ná 180- dags árstíðargeymslu með 8% tapi í verkefnum. Þessi takmörkun er vegna dreifðra eldsneytiskerfisins.
Aftur á móti hafa litíum rafhlöður orðið vitni að lækkun á verði á litíum járnfosfat rafhlöðupakkningum í 0. 5 Yuan\/wh. BLADE's Blade rafhlöðutækni, með uppbyggingu nýsköpunar, hefur aukið rúmmál nýtingu um 50%, sem gerir rafknúnum ökutækjum sem eru verðlagðar á 200, 000 Yuan kleift að ná aksturssviði yfir 700 km.
Kostnaðar mótsögn birtist einnig í sjálfstjórn auðlinda. Litíumauðlind Kína er háð innflutningi yfir 70%en sjálfstjórnunarhlutfall vetnisorku auðlindarinnar nær 98%. Þessi munur á auðlindum veitir vetniseldsneytisfrumum náttúrulegan ávinning í flutningi milli svæðis, eins og sýnt er fram á við smíði vetnis eldsneytisstöðva sem fylgja „vestra vetni til austur“ leiðslu. Þrátt fyrir að kostnaður við eldsneytiskerfi Toyota Mirai hafi lækkað úr 50, 000 Bandaríkjadölum í 18, 000 Bandaríkjadalir, sem gefur til kynna upphaflega tilkomu stærðarhagkvæmni, er núverandi kostnaður við græna vetnisframleiðslu (35 júana\/kg) áfram 2,3 sinnum það sem dísel, sem er í stórum stóra viðskiptalífi.
Iii. Tvöföld sjónarmið um öryggisáhættu og umhverfiseinkenni
Öryggisáhætta vetniseldsneytisfrumna snýst fyrst og fremst um geymslu og flutninga vetnis. Þrátt fyrir getu róteindarhimnunnar til að koma í veg fyrir beina rafeindaflutning, er mjög eldfimt og sprengiefni vetnis enn til staðar sérstakar verndarráðstafanir. Kanadísk vetnisvögnarefni nota tvöfalda lag vetnisgeymslutanka og þrýstingskynjara til að stjórna líkurnar á leka undir einum af hverjum milljón.
Aftur á móti stafar öryggisáhættan litíum rafhlöður aðallega frá hitauppstreymi. „Rafhlöðutækni„ Non-Combustible “rafhlöðutækni CATL, í gegnum raflausnaraukefni og aðskilnaðarhúðun, hefur hækkað hitauppstreymi hitastigið í 180 gráðu.
Varðandi umhverfiseinkenni geta vetniseldsneytisfrumur náð núllhleðslu á líftíma sínum ef endurnýjanleg orka er notuð til vetnisframleiðslu. Zhangjiakou Wind Power-to-Vety-verkefnið dregur úr losun koltvísýrings um 120, 000 tonn árlega. Hins vegar hefur grátt vetni (framleitt úr jarðefnaeldsneyti) kolefnislosunarstyrk sem er meiri en bensín. Litíum rafhlöðuframleiðsla býr til 15 tonn af kolefnislosun á tonn af litíumkarbónati og námuvinnsla þungmálma eins og kóbalt og nikkel stafar af umhverfisáhættu. Engu að síður dregur vetnisbundið skaftsofn af Baosteel úr vetnisofni úr skaftofni með kolefnislosun á tonn af stáli um 50% með vetnisminnkun á járngrýti, sem sýnir einstakt gildi vetniseldsneytisfrumna í iðnaðarskýringu.
IV. Hreinsaður verkaskipting og nýsköpun í samvinnu í atburðarásum
Í farþegabifreiðageiranum eru litíum rafhlöður ráðandi með 90% markaðshlutdeild vegna gjalddaga hleðslukerfi. Tesla líkan 3 dregur úr orkunotkun á 100 km í 12,5 kWst í gegnum 4680 rafhlöður og frumu-til-chassis (CTC) tækni. Aftur á móti hafa vetniseldsneytisfrumur gert bylting í þungum flutningi. Fyrirhuguð „vetnisorkugangur“ í Kína mun ná yfir svæði eins og Peking-Tianjin-Hebei svæðið og Yangtze River Delta, sem dregur úr flutningskostnaði yfir kynningarflutninga fyrir vetnisknúna þunga vörubíla um 30% samanborið við dísel.
Í orkugeymslunni er þróun tæknilegrar samþættingar. „Vetnis-litíum blendingur geymsla“ kerfi dregur úr heildarkostnaði um 40% með því að nota litíum rafhlöður til að stjórna tafarlausum krafti og vetniseldsneytisfrumum til langs tíma orkugeymslu. Þessi nýsköpun í samvinnu var staðfest á Zhangjiakou vetrarólympíuleikunum, þar sem 10 MW vetnisorkugeymslustöð og geymslu á litíum rafhlöðuorku myndaði blendingakerfi og náði viðbótarafköstum með annað stigs svörun og orkugeymslu daglegs stigs.
V. framtíðarhorfur sem knúin eru af tæknilegri endurtekningu og stefnu
Orkunotkun PEM rafgreiningar til vetnisframleiðslu hefur lækkað í 4 kWh\/nm³, og kostnaður við ljósgeislaframleiðslu í Ningxia nálgast það af kol sem byggir á kolvetni. Toyota og BMW hafa þróað sameiginlega fjórðu kynslóð eldsneytiskerfisins, dregið úr notkun platínu hvata um 90% og dregið úr kostnaði í 1, 000 Bandaríkjadalir á hverja kilowatt. Í litíum rafhlöðu geiranum hefur tímalínan fyrir fjöldaframleiðslu fyrir rafhlöður í föstu ástandi verið þróuð til 2027. BYD's Haishi 07 eV, búin litíum mangan járnfosfat rafhlöður, hefur bætt varðveislu lághita í 85%.
Á stefnumótunarstiginu hefur Evrópusambandið umboð fyrir afkolvetni á járnbrautum yfir 50% fyrir árið 2030 og Kína hefur falið í sér vetnisorku í „nýju orkuflutninga kynningunni.“ Gert er ráð fyrir að árið 2040 muni vetnisorkan vera 23% af eftirspurn eftir endanlegri orku, en litíum rafhlöður munu ná yfir 45% af farsíma ferðamarkaðnum. Þessi tvískipta orkustefna gerir líkönum eins og Hyundai Nexo kleift að ná 900- kílómetra aksturssviði í gegnum vetnis-rafknúið tvískipta kerfi og CATL og Honda hafa þróað sameiginlega „rafhlöðu skipt + vetnisorku“ lausn til að veita sveigjanlega endurnýjun orku fyrir þungar vörubíla.
Ályktun: Leið samheitalyfja sambúðarinnar í orkubyltingunni
Samkeppnin milli vetniseldsneytisfrumna og litíum rafhlöður er í meginatriðum fáguð verkaskipting í tæknilegum atburðarásum. Litíum rafhlöður, með kostum sínum í kostnaði, skilvirkni og innviðum, eru óbætanlegar í stuttri ferðalög og flytjanlegum tækjum. Vetniseldsneytisfrumur, með möguleika þeirra í orkuþéttleika, aksturssvið og afkolun í iðnaði, tákna framtíðarstefnu fyrir þungar flutninga og kyrrstæða orkugeymslu. Eins og gert er ráð fyrir í „tvískipta orkustefnu Evrópusambandsins“, er enginn einn sigurvegari í þessari tæknibyltingu. Aðeins með efnislegri nýsköpun, samþættingu kerfisins og samhæfingu stefnu er hægt að veruleika orku samkvæmt 2060 kolefnishlutleysi. Tæknihættir „vetnis-litíum blendinga geymslu“ kerfisins og „Toyota„ vetnis-rafknúna tvískipta kerfið “hafa þegar lýst upp dögun orkubyltingarinnar í græna framtíð sem einkennist af vetnis-litíumsamvinnu og fjölbreytileika.
