В борьбе с глобальным потеплением основными игроками станут транспорт и автомобильная промышленность. Поэтому мировые производители автомобилей стремятся найти самый чистый, самый эффективный и самый экономичный вариант на будущее, поскольку это обеспечит продажи.
Нынешним победителем являются электромобили (EV), работающие на аккумуляторных батареях, преимущественно на литий-ионных батареях. Однако батареи имеют много недостатков, включая ограниченный срок службы и цену. Для решения этих проблем производители ищут альтернативы. Один из вариантов, набирающий обороты, водородные топливные элементы, но они лучше, чем батареи? Читайте дальше, чтобы найти правильное решение для вас!
Содержание
Что такое батарея?
Что такое водородный топливный элемент?
Батареи против водородных топливных элементов: различия
Аккумуляторы против водородных топливных элементов: что лучше?
Заключение
Что такое батарея?
Батарея — это устройство, которое может накапливать энергию, а затем при необходимости разряжать ее путем преобразования химической энергии в электричество. Разрядка электричества достигается за счет химической реакции в одном или нескольких электрохимических элементах. Это означает, что батареи с большим количеством ячеек способны к более высокому разряду электроэнергии.
Как электрохимические элементы производят электричество?
- Электрохимические ячейки имеют два вывода (электрода), которые соединены пористым мостом.
- Электроды передают друг другу электрический заряд (электроны) через этот пористый мост, который содержит химическое вещество, известное как электролит.
- Потеря электронов с отрицательного электрода/клеммы (анода) и их прохождение к положительному электроду/клемме (катоду) через электролит означает, что существует разница в заряде или напряжении с одной стороны на другую, что приводит к поток электричества.
Батареи могут быть перезаряжаемыми или одноразовыми и могут быть изготовлены из различных материалов. Некоторые из наиболее распространенных материалов включают щелочные, литий-ионные, литий-полимерные, никель-металлогидридные.
В зависимости от количества гальванических элементов батареи можно использовать по-разному — например, батареи большего размера могут питать электромобили, а батареи меньшего размера — для питания лампы или дрели.
Что такое водородный топливный элемент?
Водородные топливные элементы, как и батареи, имеют анод, катод и пористый электролитный мостик. Однако вместо использования химической энергии водородные топливные элементы генерируют электричество за счет реакции атомов кислорода и водорода, а поскольку единственным побочным продуктом является вода, их использование для производства энергии не загрязняет окружающую среду.
Как водородные батареи производят электричество?
- Водород подается на анод или отрицательную клемму, а кислород подается на катод или положительную клемму.
- На аноде атомы водорода разделяются на протоны (положительный заряд) и электроны (отрицательный заряд).
- Протоны проходят через мембранный мост электролита к катоду, а электроны выбирают другой путь для выработки электричества.
- Протоны и электроны встречаются на катоде, где они соединяются с кислородом, тем самым генерируя электричество, с теплом и водой в качестве побочного продукта.
Водородные топливные элементы являются чистыми, но менее мощными, чем батареи внутреннего сгорания и химические батареи, поэтому для производства достаточного количества электроэнергии для питания машин, транспортных средств или других электронных устройств многие виды водородного топлива объединяются друг с другом.
Батареи против водородных топливных элементов: различия
Эффективность
В настоящее время традиционные батареи более эффективны, чем водородные топливные элементы, поскольку они обеспечивают большую мощность. Это одна из основных причин, по которой крупные производители электромобилей, такие как Tesla и BYD, продолжают использовать батареи в своих производственных процессах. Однако при наличии достаточных инвестиций и исследований это может измениться.
Несмотря на более низкую эффективность, водородные топливные элементы являются лучшим выбором для более крупных транспортных средств, включая грузовики и ракеты НАСА. Основной причиной этого является вес.
Вес и размер
Аккумуляторы тяжелые, и при использовании их для больших грузовиков дальнего следования или других крупных транспортных средств этот дополнительный вес может «перевесить» преимущества. С другой стороны, водородные топливные элементы более компактны и легче — с большей энергией при меньшей массе. Это означает, что при использовании в больших транспортных средствах они сокращают вес и, таким образом, обеспечивают больший запас хода. Например, грузовик с запасом хода 800 километров уменьшил бы свой вес на 2 тонны, если бы вместо аккумуляторов в нем использовались водородные топливные элементы.
Токсичность
Водородные топливные элементы являются более чистым вариантом, поскольку они производят только тепло и воду в качестве побочного продукта и не содержат токсичных материалов. С другой стороны, батареи, как известно, трудно утилизировать. 5% литий-ионных аккумуляторов перерабатываются. Батареи содержат токсичные металлические компоненты, в том числе кобальт, никель и марганец, которые часто просачиваются в землю на свалках и загрязняют источники воды. Кроме того, из-за короткого срока службы, составляющего всего пять лет (или меньше, в зависимости от полной или неполной разрядки поддержанный), потребуется производить больше батарей, чем водородных топливных элементов.
Инфраструктура подзарядки/заправки
Водородные топливные элементы не нуждаются в подзарядке, им нужна только дозаправка. Это означает, что вместо того, чтобы часами ждать, чтобы перезарядить батарею, или менять ее, когда она разряжена, пользователь может просто дозаправиться, что занимает 15 минут. Кроме того, поскольку водородным топливным элементам требуется только водород и кислород, дозаправка экономически выгодна. Однако остается проблема доступности, поскольку водород не всегда легко доступен. Это может быть что-то, что изменится с ростом инфраструктуры и инвестиций.
Цена
Стоимость аккумуляторов и водородного топлива определяется не только ценой, но и затратами на техническое обслуживание, временем перезарядки/заправки и другими подобными факторами. Стоимость аккумулятора, а также его обслуживания и/или замены остается высокой, а время его перезарядки велико. С другой стороны, водородные топливные элементы довольно экономичны, с быстрой заправкой, а также они более легкие и подходят для поездок на дальние расстояния. Однако стоимость сырья, используемого для создания водородного топлива, такого как платина, высока.
Аккумуляторы против водородных топливных элементов: что лучше?
В условиях отсутствия инфраструктуры для водородных топливных элементов и инноваций, которые все еще возможны для аккумуляторов, вопрос не в том, что лучше сейчас, а в том, что будет лучше в будущем.
В настоящее время водородное топливо считается лучшим вариантом для более крупных транспортных средств, таких как ракеты, поезда, самолеты, корабли и даже некоторые строительные машины. Это связано с тем, что они более легкие, не требуют длительной зарядки и обладают большей долговечностью, чем аккумуляторы. Благодаря отсутствию движущихся частей они также очень тихие, что идеально подходит для дальних поездок.
Однако для тех небольших транспортных средств, которыми пользуется большинство населения, аккумуляторы остаются предпочтительным вариантом. Ожидается, что автомобили, мотоциклы и фургоны не будут постоянно путешествовать на большие расстояния, а это означает, что им не требуются огромные батареи, что означает меньший вес и меньшее время перезарядки. Однако это может скоро измениться, поскольку водород становится более доступным на дорогах, а крупные производители автомобилей, в том числе Тойота, Хендай и Хонда разрабатывать автомобили на водородных топливных элементах.
Заключение
Аккумуляторы, и особенно литий-ионные, сегодня занимают лидирующие позиции в производстве электромобилей, однако зависимость от невозобновляемых полезных ископаемых означает неизбежный конец этого источника энергии. Технология водородных топливных элементов, хотя она все еще находится в разработке и в настоящее время дороже, чем литий-ионные батареи, является чистой, гибкой и экономичной. энергетически эффективный.
Благодаря этим качествам, а также стремлению правительств стран мира снизить зависимость от ископаемого топлива и сократить выбросы, ожидается, что в ближайшем будущем автомобили на водородных топливных элементах заменят электромобили с батарейным питанием. Увеличение инвестиций и развитие технологий будут означать более высокую эффективность водородных топливных элементов, что приведет к прогнозируемой оценке более чем USD 131 млрд. к 2023 г. по сравнению с 1.9 млрд долларов США в 2021 году.
Электронная коммерция B2B сайты, такие как Alibaba.com, предлагают глобальные услуги по покупке и продаже с производителями аккумуляторов и водородных топливных элементов.
