Status der Anwendung neuer Energiebatterien und Analyse ihrer Entwicklung (I)

Wasserstoff-Brennstoffzellen und Wasserstoff-Energiespeicher

Einführung

Mit der zunehmenden Aufmerksamkeit für Energiefragen weltweit, neu Energie Batterietechnologien sind vor dem Hintergrund der Energiewende und der nachhaltigen Entwicklung in verschiedenen Ländern nach und nach zur obersten Priorität der wissenschaftlichen Forschung und industriellen Entwicklung geworden. Von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien bis hin zu zukunftsweisenden Wasserstoff-Brennstoffzellen, Flüssigstrombatterien usw. haben verschiedene Batterietypen ein breites Spektrum an Anwendungsaussichten in den Bereichen Stromspeicherung und Elektrofahrzeuge gezeigt. Jedoch, es gibt auch viele Herausforderungen und Einschränkungen wie Energiedichte, Lebensdauer und Kosten. Um die Entwicklung neuer Energiequellen besser voranzutreiben, werden in dieser Reihe die Vor- und Nachteile und Anwendungsszenarien jeder Art der gängigen neuen Batterietechnologie umfassend bewertet, wertvolle Referenzen und Leitlinien für Forscher und Industriepraktiker bereitgestellt und kontinuierliche Innovationen in diesem Bereich gefördert. und zur nachhaltigen Entwicklung der globalen Energie beitragen.

Hauptartikel

Je nach Elektrolyt werden Brennstoffzellen wie in Tabelle 2-1 klassifiziert und charakterisiert.

Tabelle 2-1 Grundtypen von Brennstoffzellen

Wasserstoff-Brennstoffzellen funktionieren durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff ohne Verbrennung, um Wasserstoffenergie in Elektrizität umzuwandeln. Der Reaktionsprozess ist in Abbildung 2.1 dargestellt ^[1].

Abbildung 2.2 Portfolio der Energiekette für Brennstoffzellenfahrzeuge

Um kohlenstofffreie und schadstofffreie Schiffe zu realisieren, sind verschiedene Routen für kohlenstofffreie Schiffsenergietechnologien entstanden. Auch die Wasserstoff-Luftfahrt gilt als Schlüssel zur Null-Schadstoff-Emissions und nachhaltige Entwicklung in der Luftfahrtindustrie in der Zukunft. Aufgrund der hohen Anforderungen großer Passagierflugzeuge an die Energiedichte von Wasserstoff-Brennstoffzellen, die Speicherung und Betankung von Wasserstoffkraftstoff sowie die Wasserstoffsicherheit ist es schwierig, die Anwendung großer Wasserstoff-Brennstoffzellenflugzeuge in kurzer Zeit zu realisieren. DRonen erfreuen sich aufgrund ihrer wirtschaftlichen und komfortablen Betriebseigenschaften immer größerer Verbreitung in der Industriekette.

Langfristig soll Wasserstoffenergie zu einer wichtigen Form der Stromspeicherung werden. Ausgehend von der installierten Kapazität ist die Pumpspeicherung nach wie vor die wichtigste Form der Energiespeicherung. In den letzten Jahren hat die elektrochemische Energiespeicherung auch begonnen, die Entwicklung der Wasserstoff-Energiespeicherung zu beschleunigen , aber es hat die Anwendung im großen Maßstab noch nicht realisiert. Allerdings wird, wie bereits erwähnt, die künftige Anwendung der Energiespeicherung im Energiesystem sowohl in der Zeitdimension als auch in der Raumdimension umfangreicher sein, die Form der Energiespeicherung wird vielfältiger sein und Wasserstoffenergie kann weiterhin als chemischer Energiespeicher verwendet werden , physikalische Energiespeicherung, eine vielversprechende Ergänzung.

Der IEA-Prognose zufolge wird die installierte Kapazität der elektrochemischen Energiespeicherung/Wasserstoffenergie im Jahr 2050 jeweils 9 % bzw. 6 % erreichen. Aus Sicht der Industrialisierung verfügt die elektrochemische Energiespeicherung über eine starke industrielle Grundlage und wird die erste sein, die große Mengen an Energie einleitet. Während sich die Wasserstoffspeicherung noch in einem frühen Stadium der Industrialisierung befindet und der Fortschritt der groß angelegten Entwicklung langsamer sein wird als der der elektrochemischen Energiespeicherung.

Gegenwärtig verwendet die gängige elektrolytische Wasser-Wasserstoff-Technologie hauptsächlich die Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEM)-Methode, und die Investition pro Einheit für das komplette Wasserstoff-Energiespeichersystem beträgt ca￥9000/kW. Zum Vergleich: Die aktuellen Systemkosten von ein Das elektrochemische Energiespeichersystem (LiFePO4) ist ca￥4800/kW (￥1,2 /Wh Systemkosten, 4 Stunden Backup-Zeit), und es gibt immer noch einen klaren Vorteil gegenüber Die Wasserstoff-Energiespeichersystem am Kostenende; Derzeit verfügt das in China am weitesten verbreitete Pumpspeichersystem über ein starkes industrielles Fundament und wird das erste sein, das die groß angelegte Entwicklung einleitet, während der Fortschritt der groß angelegten Entwicklung langsamer sein wird als bei der elektrochemischen Energiespeicherung. Derzeit liegen die Kosten für das am weitesten verbreitete Pumpspeichersystem in China bei etwa 7000 RMB/kW, was ebenfalls günstiger ist als die eines Wasserstoffspeichersystemss.

Mit der rasanten Entwicklung der Windkraft- und Photovoltaikindustrie wird jedoch der Grad der Redundanz der installierten Kapazität deutlich erhöht, und das Netz kann zur Gewährleistung der Stabilität des Stromnetzes sicherlich nicht über einen kurzen Zeitraum hinweg überschüssigen Strom absorbieren Auswirkungen, so dass der Verzicht auf Windenergie und kostengünstige Photovoltaik zu einer wichtigen Quelle für die Wasserstoffelektrolyse wird und das aktuelle Dilemma der Industrialisierung der Wasserstoffspeicherung löst.

Verweise：

[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.