动力电池中,锂电池与燃料电池到底谁更安全?

2020-09-02 17:32 ryder

假如拿三元锂跟磷酸铁锂比照相信许多人很快就能知道磷酸铁锂正安全性方面的功能是要优于三元锂电池的,可是假如拿三元锂与氢燃料电池比照,谁更安全呢?曩昔人们总是谈氢色变,觉得氢是一种比汽油还要风险得多的能量储藏方法。现实果真如此吗?氢燃料电池的作业原理是怎样的?它的安全性是怎么规划的?与三元锂相比谁更安全?本期来为我们解读

今年可以说是电动轿车安全元年,曩昔无论是厂商还是购买电动车的用户,历来只关怀功能和续航路程,没人关怀过电池安全,直到特斯拉曝出自燃事件后我们才开始越发重视电动车的安全问题。这也让许多曩昔不为人知、厂商避而不谈的、三元锂电池的功能缺点逐步浮出水面,让人们逐步意识到磷酸铁锂的优点。
 
■ 氢燃料电池动力体系的中心技能:储氢罐+燃料电池反应堆
 
氢燃料电池的优点清楚明了,电力转换功率极高,而且过程中非常安静,也不会需求许多散热。这便是为什么丰田Mirai只是带着 5kg 氢气就能续航700公里+的原因。极大的能量密度和极高的能量转换功率,是氢燃料电池最大的特点。燃料电池反应堆的中心技能是质子交换膜以及催化剂,这些技能现在主要被欧美大公司所独占,在我国并没有构成太大规划的工业化。所以反应堆被列为中心技能就很简单理解了,那么储气罐为什么也是中心技能呢?

正如电动车傍边的电池包一样,储氢罐是用来存储氢气的设备,燃料电池反应堆是用来把氢气和氧气转化成电能和水的设备。这两者加在一起,就构成了相当于电动轿车的电池包,可以继续为电机和整车电器设备提供电力。
 
 
▲选用碳纤维+复合材料制作的氢气储气罐
 
■ 密封和耐久功能的好坏,决议了储气罐的功能
 
就如同一个大国的装备制作水平一样,在工业和民用范畴,密封材料的功能也是衡量一个大国制作业水平的重要依据。欧美许多国家关于高功能密封材料的配方和制作工艺是绝对保密的。这便是为什么在传统轿车范畴,那些顶级功能的刹车体系和汽油柴油直喷发动机的燃油共轨体系都来自于欧美供应商,由于它们的中心技能便是密封技能。
 
 
▲氢燃料电池储气罐的结构
 
关于氢燃料电池车也是这样,要想提高续航路程就需求多谢带氢气,而可以贮存氢气的压力容器关于压力的接受力,便是可以带着氢气多少的要害。正由于氢气的密度很小,所以有必要经过紧缩甚至是低温液化后,贮存在压力容器傍边才干取得满意的能量密度,容器可接受的压力越大,单位体积内带着的氢气就越多。而容器可接受压力越大,也意味着对密封功能和抗压功能的要求越高。丰田Mirai在氢气贮存方面的功能是世界领先的,而且车型已经量产,即使这样,带着5kg的氢气仍然需求两个很大的储气罐,因而占据了车内后部的许多空间,使得整车在造型上有别于传统电动车,车尾高度相对较高。
 
 
▲如此巨大的储氢罐占用了许多空间,而且仅能贮存5kg氢气
 
■ 储氢罐关于安全性的规划有哪些?与三元锂电池相比谁更安全?
 
在整个燃料电池车运作的过程中,燃料电池反应堆是一个化学反应的场所。它只需求连绵不断的供给少量氢气就可以继续作业,假如产生氢气走漏或者安全事故,可以敏捷切断供应氢气的途径来防止氢气的焚烧。我们都能想到,最有或许影响燃料电池车安全性的是储气罐。
 
现实上,在储氢的规划中都考虑到了这一点。正由于储氢罐内部的氢气压力很大,所以在储气罐上规划有紧迫泄压阀,一旦产生氢气走漏或着火,紧迫泄压阀会主动打开并敏捷开释储气罐内的氢气。我们知道氢气的密度比空气小得多,而且有必要与氧气结合才干产生焚烧或者爆炸,被高压开释的氢气在接近储气罐的部分由于压力高流速极快,没有什么机会与氧气触摸,而远离储气罐的氢气由于其密度小的特点,又会敏捷的在空气中上升。即使这个时分空气傍边有明火可以满意点燃条件,那么也只是只是在空气上空构成一个火球,并不会对人员构成伤亡。这种高速开释氢气的技能也同样被应用在加氢站的大型储气罐之中。
 

所以在规划储气罐时有必要充分考虑安全磕碰问题:一方面储气罐的壳体材料需求够轻,另一方面需求有满意的强度用于耐受撞击。因而,储氢罐一般都是以本钱高昂的碳纤维及其它复合材料组合而成。可是,我们知道,不管用多么巩固的材料制作储气罐壳体,也只是在一定的速度条件下,能保障磕碰的安全性。然而实际道路行进时的速度,肯定要远高于实验室做安全磕碰的速度,那么一旦储氢罐决裂,构成氢气走漏与空气混合在一起是不是就会立刻产生爆炸呢?
 
 
■ 氢能源与三元锂电池的发展前景
 
在我国,三元锂电池最大的优势,便是在近几年国家方针的倾斜鼓励下产能得到了极大的发展,可以说我国公司是掌握其中心技能的,而且一跃成为了全球最大的锂电池生产国,本钱得到了极大的降低,已经完全构成了规划工业。而氢燃料电池技能,无论是反应堆催化剂的工艺配方,还是储气罐的中心技能,我国都没有构成规划工业,所以本钱极高。可是我国却又非常具备发展氢能源的工业条件,每年国内石化职业产生的氢气副产品满意用于车辆使用,氢气取得本钱比较低,而且不需求依赖电解水这种高耗能的方法取得氢气,这为大规划发展燃料电池轿车奠定了良好的基础。

▲氢燃料电池轿车的中心科技
 
与三元锂电池相比,氢气贮存过程傍边的安全性应该是更高的,由于可以经过阻隔氧气,或者敏捷开释的方法,让风险的氢气敏捷逃离人群,某种意义上来讲甚至比液态的汽油更安全。而三元锂电池会随着时刻的推移电池的老化,有或许在内部产生短路的现象,或者因外力的撞击导致内部的短路自燃。最可怕的是,无论是由内而外引发的自燃还是由外而内导致的焚烧,过程中都会开释许多氧气,这就意味着即使与空气阻隔,电池也会越烧越旺。

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