Status da aplicação de novas baterias de energia e sua análise de desenvolvimento (I)

Células de combustível de hidrogênio e armazenamento de energia de hidrogênio

Introdução

Com a crescente atenção às questões energéticas em todo o mundo, novas energia as tecnologias de baterias tornaram-se gradualmente a principal prioridade da investigação científica e do desenvolvimento industrial em vários países no contexto da transição energética e do desenvolvimento sustentável. Desde baterias tradicionais de íons de lítio até células de combustível de hidrogênio mais inovadoras, baterias de fluxo líquido, etc., diferentes tipos de baterias têm mostrado uma ampla gama de perspectivas de aplicação nas áreas de armazenamento de energia e veículos elétricos. No entanto, também há muitos desafios e limitações, como densidade de energia, ciclo de vida e custo. Para melhor promover o desenvolvimento de novas fontes de energia, esta série avaliará de forma abrangente as vantagens, desvantagens e cenários de aplicação de cada tipo de nova tecnologia de bateria convencional, fornecerá referências e orientações valiosas para pesquisadores, profissionais industriais, promoverá a inovação contínua neste campo, e contribuir para o desenvolvimento sustentável da energia global.

artigo principal

De acordo com o eletrólito, as células a combustível são classificadas e caracterizadas conforme mostrado na Tabela 2-1.

Tabela 2-1 Tipos básicos de células de combustível

As células a combustível de hidrogênio funcionam reagindo hidrogênio e oxigênio sem combustão para converter a energia do hidrogênio em eletricidade. O processo de reação é mostrado na Figura 2.1 ^[1].

Figura 2.2 Portfólio de cadeias de energia para veículos com célula de combustível

A fim de realizar navios com zero carbono e poluição zero, surgiram uma variedade de rotas de tecnologia de energia para navios com zero carbono. A aviação a hidrogénio também é considerada a chave para alcançar zero emissões de poluentess e desenvolvimento sustentável na indústria da aviação no futuro. Devido aos altos requisitos de grandes aeronaves de passageiros para densidade de energia de célula de combustível de hidrogênio, armazenamento e reabastecimento de combustível de hidrogênio e segurança do hidrogênio, é difícil realizar a aplicação de grandes aeronaves de célula de combustível de hidrogênio em um curto espaço de tempo. DOs rones estão se tornando cada vez mais difundidos na cadeia da indústria devido às suas características econômicas e convenientes de operação.

A longo prazo, espera-se que a energia do hidrogénio se torne uma forma importante de armazenamento de electricidade. Do estoque de capacidade instalada, o armazenamento bombeado ainda é a principal forma de armazenamento de energia; nos últimos anos, o armazenamento de energia eletroquímica também começou a acelerar o desenvolvimento do armazenamento de energia de hidrogênio , mas é ainda não percebeu a aplicação em larga escala. No entanto, como mencionado anteriormente, seja na dimensão temporal ou espacial, a futura aplicação do armazenamento de energia no sistema energético será mais abundante, a forma de armazenamento de energia será mais diversificada, a energia do hidrogénio ainda pode ser utilizada como armazenamento de energia química , armazenamento físico de energia, um suplemento promissor.

De acordo com a previsão da AIE, a capacidade instalada de armazenamento de energia eletroquímica/energia de hidrogênio atingirá 9%/6%, respectivamente, em 2050. Do ponto de vista da industrialização, o armazenamento de energia eletroquímica tem uma base industrial sólida e será o primeiro a inaugurar grandes- desenvolvimento em escala, enquanto o armazenamento de energia de hidrogénio ainda está na fase inicial de industrialização, e o progresso do desenvolvimento em grande escala será mais lento do que o do armazenamento de energia eletroquímica.

Atualmente, a principal tecnologia de hidrogênio de água eletrolítica adota principalmente o método de eletrólise de água por membrana de troca de prótons (PEM), e o investimento unitário de seu sistema completo de armazenamento de energia de hidrogênio é de cerca de￥9.000/kW. Como comparação, o custo atual do sistema de um sistema de armazenamento de energia eletroquímica (LiFePO4) é sobre￥4.800/kW (￥custo do sistema de 1,2 /wh, tempo de backup de 4h), e ainda há uma clara vantagem sobre o sistema de armazenamento de energia de hidrogênio no final do custo; atualmente, o sistema de armazenamento reversível mais utilizado na China tem uma base industrial sólida e será o primeiro a inaugurar o desenvolvimento em escala, enquanto o progresso do desenvolvimento em grande escala será mais lento do que o armazenamento de energia eletroquímica. Atualmente, o custo do sistema de armazenamento bombeado mais utilizado na China é de cerca de 7.000 RMB/kW, o que também é melhor do que o do sistema de armazenamento de hidrogênio.s.

No entanto, com o rápido desenvolvimento da energia eólica e da indústria fotovoltaica, o grau de redundância da capacidade instalada aumentará significativamente, a rede para garantir a estabilidade da rede eléctrica certamente não pode ser um curto período de tempo para absorver o excesso de energia impacto, de modo que o abandono da energia eólica e da energia fotovoltaica de baixo custo se tornará uma importante fonte de energia de eletrólise de hidrogênio e resolverá o dilema atual da industrialização do armazenamento de energia de hidrogênio.

Referências：

[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.