Estado de la aplicación de baterías de nueva energía y análisis de su desarrollo (I)

Pilas de combustible de hidrógeno y almacenamiento de energía de hidrógeno

Introducción

Con la creciente atención que se presta a las cuestiones energéticas en todo el mundo, surgen nuevas energía Las tecnologías de baterías se han convertido gradualmente en la máxima prioridad de la investigación científica y el desarrollo industrial en varios países en el contexto de la transición energética y el desarrollo sostenible. Desde las tradicionales baterías de iones de litio hasta las pilas de combustible de hidrógeno más innovadoras, las baterías de flujo líquido, etc., los diferentes tipos de baterías han mostrado una amplia gama de perspectivas de aplicación en los campos del almacenamiento de energía y los vehículos eléctricos. Sin embargo, también hay muchos desafíos y limitaciones, como la densidad de energía, el ciclo de vida y el costo. Para promover mejor el desarrollo de nuevas fuentes de energía, esta serie evaluará exhaustivamente las ventajas, desventajas y escenarios de aplicación de cada tipo de nueva tecnología de baterías convencional, proporcionará valiosas referencias y orientación para investigadores y profesionales industriales, promoverá la innovación continua en este campo. y contribuir al desarrollo sostenible de la energía global.

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Según el electrolito, las pilas de combustible se clasifican y caracterizan como se muestra en la Tabla 2-1.

Tabla 2-1 Tipos básicos de pilas de combustible

Las pilas de combustible de hidrógeno funcionan haciendo reaccionar hidrógeno y oxígeno sin combustión para convertir la energía del hidrógeno en electricidad. El proceso de reacción se muestra en la Figura 2.1. ^[1].

Figura 2.2 Cartera de cadenas eléctricas para vehículos de pila de combustible

Para lograr barcos con cero emisiones de carbono y cero contaminación, han surgido una variedad de rutas tecnológicas de energía para barcos con cero carbono. La aviación con hidrógeno también se considera la clave para lograr la emisión cero de contaminantess y el desarrollo sostenible en la industria de la aviación en el futuro. Debido a los altos requisitos de los grandes aviones de pasajeros en cuanto a densidad de energía de pila de combustible de hidrógeno, almacenamiento y repostaje de combustible de hidrógeno y seguridad del hidrógeno, es difícil realizar la aplicación de grandes aviones de pila de combustible de hidrógeno en poco tiempo. DLos drones están cada vez más extendidos en la cadena industrial debido a sus características de operación económica y conveniente.

A largo plazo, se espera que la energía del hidrógeno se convierta en una forma importante de almacenamiento de electricidad. Del stock de capacidad instalada, el almacenamiento por bombeo sigue siendo la principal forma de almacenamiento de energía; en los últimos años, el almacenamiento de energía electroquímico también ha comenzado a acelerar el desarrollo del almacenamiento de energía de hidrógeno. , pero Aún no se ha dado cuenta de la aplicación a gran escala. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, ya sea en la dimensión temporal o espacial, la aplicación futura del almacenamiento de energía en el sistema eléctrico será más abundante, la forma de almacenamiento de energía será más diversificada y la energía del hidrógeno aún se puede utilizar como almacenamiento de energía química. , almacenamiento de energía física, un complemento prometedor.

Según las previsiones de la AIE, la capacidad instalada de almacenamiento de energía electroquímica/energía de hidrógeno alcanzará el 9%/6% respectivamente en 2050. Desde la perspectiva de la industrialización, el almacenamiento de energía electroquímica tiene una base industrial sólida y será el primero en marcar el comienzo de las grandes empresas. desarrollo a gran escala, mientras que el almacenamiento de energía del hidrógeno aún se encuentra en la etapa inicial de industrialización, y el progreso del desarrollo a gran escala será más lento que el del almacenamiento de energía electroquímica.

En la actualidad, la principal tecnología de hidrógeno en agua electrolítica adopta principalmente el método de electrólisis de agua con membrana de intercambio de protones (PEM), y la inversión unitaria de su sistema completo de almacenamiento de energía de hidrógeno es de aproximadamente￥9000/kW. A modo de comparación, el coste actual del sistema de un El sistema de almacenamiento de energía electroquímica (LiFePO4) se trata de￥4800/kW (￥1,2 /wh costo del sistema, tiempo de respaldo de 4 h), y todavía hay una clara ventaja sobre el sistema de almacenamiento de energía de hidrógeno en el extremo del coste; Actualmente, el sistema de almacenamiento por bombeo más utilizado en China tiene una base industrial sólida y será el primero en marcar el comienzo del desarrollo a escala, mientras que el progreso del desarrollo a gran escala será más lento que el almacenamiento de energía electroquímica. En la actualidad, el coste del sistema de almacenamiento por bombeo más utilizado en China es de unos 7.000 RMB/kW, que también es mejor que el del sistema de almacenamiento de hidrógeno.s.

Sin embargo, con el rápido desarrollo de la energía eólica y la industria fotovoltaica, el grado de redundancia de la capacidad instalada aumentará significativamente, la red eléctrica para garantizar la estabilidad de la red eléctrica ciertamente no puede ser un corto período de tiempo para absorber el exceso de energía. Impacto, por lo que el abandono de la energía eólica y fotovoltaica de bajo costo se convertirá en una fuente importante de energía de electrólisis del hidrógeno y para resolver el dilema actual de la industrialización del almacenamiento de energía del hidrógeno.

Referencias：

[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.