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美国研发的新燃料电池功率增加10倍 可提高电动汽车行程

导读: 如果你想开上电动汽车进行长途旅行,就需要一部燃气驱动的发电机,就像雪佛兰•福特中(Chevrolet Volt)的那种,这样才能延长它的行驶里程。

  如果你想开上电动汽车进行长途旅行,就需要一部燃气驱动的发电机,就像雪佛兰•福特中(Chevrolet Volt)的那种,这样才能延长它的行驶里程。问题是,它用这样的发电机运行,并不比传统汽车更有效率。事实上,它的效率甚至更低,因为它有一个沉重的电池组,带起来很费力。现在,美国马里兰大学(University of Maryland)的研究人员开发出一种燃料电池,更为有效,可以替代汽油发电机。就像所有的燃料电池一样,它发电依靠的是化学反应,而不是燃烧燃料,而且发电效率两倍于内燃发电机。

油老虎:马里兰大学开发的燃料电池。

  研究人员的燃料电池大大改进了版本,这种型号有一种陶瓷固体电解质(solid ceramic electrolyte),而且被称为固体氧化物燃料电池(solid-oxide fuel cell)。不同于汽车中常用的氢燃料电池,固体氧化物燃料电池的运行可以采用多种现成燃料,包括柴油,汽油和天然气。它们已经被用于给建筑物发电,但都认为在汽车中使用不切实际,因为它们太大,也因为它们运行温度非常高,通常大约需要900摄氏度。

  通过开发新的电解质材料,改变电池设计,研究人员制成的燃料电池更加紧凑。它可以产生10倍以上的功率,这是对比同样尺寸的传统电池而言,而且可以比汽油发动机更小,同时产生同样的功率。

  研究人员也降低了燃料电池的运行温度,降低了几百度,这就使他们可以使用更便宜的材料。 “这是一个巨大的成本差异,”埃里克•瓦西门(Eric Wachsman)说,他是马里兰大学能源研究中心主任,领导这项研究。他说,研究人员已经确定了一些简单的方法,可以提高输出功率,进一步降低温度,使用的一些方法在实验室已经显示出可喜的成果。这些进展可使成本降低到某一点,这样它们就可与汽油发动机竞争。瓦西门说,他正处在早期阶段,要开办公司,商业化这项技术。

  瓦西门的燃料电池目前运行在650摄氏度,而他的目标是降低到350摄氏度,以用于汽车。隔离燃料电池并不难,因为它们很小,一个足够大的燃料电池组,要驱动汽车,只需要10厘米的边长。高温是一个更大的问题,因为这就需要在设备中使用昂贵的耐热材料,也因为加热电池达到工作温度,需要较长的时间。降低温度,瓦西门就可以使用较便宜的材料,而且可以减少电池启动所需要的时间。

  即使有了这些进步,燃料电池仍然不会很快上场,而汽车每次短途行驶,开关电池都会导致很大的磨损,这会减少它的寿命。相反,它会搭配电池组,就像福特中的内燃机那样,瓦西门说。这样,燃料电池的运行就可以更平稳,有助于保持电池的优势,不会产生突然发力加速。

  研究人员取得他们的成果,主要是因为改进了固体电解质材料,这些材料就在固体氧化物燃料电池的核心。在传统的燃料电池中,电解质要足够厚,以提供结构性支持。但电解质的厚度限制了发电量。在过去的几年中,研究人员一直在开发一些设计,这些设计不需要电解质支持电池,这样,他们就可以使电解质更薄,在较低温度下获得很高的输出功率。马里兰大学的研究人员使这一步迈得更大,他们开发出新的多层电解质,提高的输出功率还要多。

  这项工作是美国能源部更大项目的一部分,在过去十年中,这一项目就是使固体氧化物燃料电池可以进行实际运输。这项工作的第一个成果,可能不会是轿车中的燃料电池,到目前为止,瓦西门只制作出相对较小的燃料电池,而重大的工程工作仍有待完成。首次应用固体氧化物燃料电池的车辆,可能会是长途卡车,这种卡车的驾驶室带卧铺。

  设备供应商如德尔斐公司(Delphi)和康明斯公司(Cummins)正在开发的燃料电池,可以驱动驾驶室内的空调、电视和微波炉,有望削减85%的燃料消耗,这是对比空转的卡车发动机而言。德尔斐公司的系统还采用了一种设计,可适用更薄的电解质,但运行温度高于瓦西门的燃料电池。燃料电池可以在星期一开启,让它低速运行一周,仍然可以减少85%的能耗。德尔斐公司已经制成一个原型,而且计划明年演示安装在卡车上的系统。

  来源:麻省理工科技创业

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