La clé de l'utilisation des piles à combustible à hydrogène réside dans le principe de fonctionnement et le mécanisme presque parfaits et hautement souhaitables de sa source d'énergie, les piles à combustible à hydrogène, qui sont appelées nominalement "batterie" mais qui sont essentiellement un générateur d'électricité basé sur le principe chimique de la conversion de l'énergie chimique en électricité par réaction de l'hydrogène gazeux en tant que "carburant" avec un agent oxydant présent dans l'air - un générateur d'hydrogène.
Table des matières
Au début, les piles à hydrogène étaient principalement utilisées à des fins aérospatiales et militaires. Par la suite, compte tenu de leurs avantages potentiels considérables et en réponse à la pollution environnementale de plus en plus grave dans les transports, des recherches ont été menées sur leur application dans les groupes motopropulseurs automobiles.
Aujourd'hui, le monde assiste à des avancées technologiques rapides et à des résultats remarquables dans le domaine des piles à combustible à hydrogène, qui présentent déjà de brillantes perspectives de développement. L'obstacle technique majeur que constituent les véhicules électriques continuant à brûler pendant longtemps, les piles à combustible à hydrogène apportent une sorte d'espoir aux gens.
Après des années d'essais de diverses technologies de véhicules à énergie nouvelle dans l'industrie automobile mondiale, certains membres de la communauté universitaire ont affirmé que les piles à combustible à hydrogène sont susceptibles d'être l'objectif ultime des automobiles mondiales et la solution ultime pour les véhicules à énergie nouvelle, en raison de leur respect supérieur de l'environnement et de leur efficacité énergétique élevée.
Les principaux avantages des véhicules à pile à hydrogène
Avantages fondamentaux
Un excellent respect de l'environnement. Prenons le Toyota MIRAI, qui n'émet que de l'eau pure et aucune autre substance nocive pendant la conduite. En outre, la politique du double carbone, les exigences mondiales en matière de santé environnementale et les changements climatiques anormaux nous ont incités à concentrer notre attention sur le développement de véhicules à énergie nouvelle utilisant des piles à combustible à hydrogène, ce qui, en fin de compte, est plus important pour les piles à combustible à hydrogène que pour le respect exceptionnel de l'environnement.
Mais aussi parce qu'il n'y a pas encore beaucoup de stations de ravitaillement en hydrogène et de véhicules fonctionnant à l'hydrogène, et que les coûts sont encore élevés.
L'efficacité énergétique est particulièrement élevée. En ce qui concerne le principe de fonctionnement de la pile à hydrogène, elle génère de l'énergie sans passer par un processus de moteur thermique, n'est pas soumise à un cycle thermique et n'a pratiquement pas de dégagement de chaleur ni de perte d'énergie thermique. Par conséquent, le rendement de conversion énergétique peut atteindre 60% ou 70%, voire plus.
Les ressources énergétiques en hydrogène sont abondantes. L'hydrogène est également omniprésent sur la planète et il existe des ressources abondantes et diverses façons de le produire.
En termes de moyens techniques, l'hydrogène peut être produit soit par électrolyse de l'eau à partir de sources d'énergie renouvelables propres, y compris l'énergie éolienne et solaire, soit par production directe d'hydrogène à l'aide de la lumière. Les piles à hydrogène ont un niveau élevé de confort de conduite.
Par rapport aux véhicules classiques, les véhicules à pile à combustible n'ont pas de problèmes de vibration mécanique et de rayonnement thermique dans le groupe motopropulseur, ce qui garantit non seulement une plus longue durée de vie et une plus grande fiabilité des pièces concernées du véhicule, mais aussi un fonctionnement sans heurts du véhicule.
Avantages uniques par rapport aux véhicules électriques purs
Basées sur le principe de fonctionnement scientifique et rationnel des piles à combustible, les piles à hydrogène évitent fondamentalement certains des principaux défauts des véhicules électriques purs, tels que la limitation de l'autonomie et le risque de fièvre.
Limitation de l'autonomie. La "batterie" d'une voiture à pile à combustible ne fait que produire de l'électricité, mais ne la stocke pas. En revanche, tant que l'hydrogène alimente en continu les piles à hydrogène, le système d'entraînement peut obtenir suffisamment d'électricité pour faire avancer la voiture.
La densité énergétique de l'hydrogène est environ 2 à 3 fois supérieure à celle du gaz et du diesel, et 10 fois supérieure à celle du lithium-ion pour les véhicules électriques. 5 kg de stockage d'hydrogène peuvent alimenter des piles à hydrogène pendant 400 km, alors qu'un véhicule électrique pur ayant le même kilométrage aurait un poids de batterie d'une demi-tonne.
Les piles à hydrogène sont sûres et respectueuses de l'environnement. Les piles à hydrogène sont constituées d'une fine séparateur de piles au lithium pris en sandwich par une plaque polaire. En théorie, la température maximale des piles à combustible à hydrogène ne dépasse pas 100 degrés Celsius. refroidissement de la batterieLa température sera encore plus basse.
En ce qui concerne l'impact environnemental des piles à hydrogène sur l'ensemble de leur cycle de vie, les matériaux constitutifs sont essentiellement non toxiques et il n'est pas question de contamination de l'environnement lors de leur préparation, de leur utilisation et de leur recyclage.
Difficultés dans le développement de la pile à hydrogène
Malgré les nombreux avantages mentionnés ci-dessus, les piles à hydrogène sont après tout un produit technologique totalement innovant et révolutionnaire, et il y aura inévitablement des imperfections et des domaines à améliorer.
Les performances techniques des moteurs à pile à hydrogène doivent être considérablement améliorées.
Au début, les performances techniques du moteur à pile à hydrogène étaient médiocres et devaient être considérablement améliorées pour répondre aux exigences actuelles, principalement en ce qui concerne les aspects suivants.
Tout d'abord, la densité de puissance des piles à hydrogène est faible, et la puissance de sortie de l'ensemble du moteur à piles à hydrogène est limitée.
Deuxièmement, la durabilité du moteur à pile à hydrogène est médiocre. Au stade préliminaire, la durée de vie des moteurs à pile à hydrogène au niveau international ne dépasse généralement pas 3 000 heures, et l'objectif pour 2020 est de 5 000 heures, ce qui n'est pas loin de l'application réelle.
Troisièmement, le moteur à pile à hydrogène s'adapte mal à l'environnement, en particulier à basse température, ce qui rend son démarrage plus difficile et réduit son autonomie.
Exigences élevées en matière de fiabilité des systèmes
Pour que le moteur à piles à hydrogène ait une puissance suffisante, des centaines de piles à hydrogène individuelles doivent être intégrées en une seule pour former une pile de piles à combustible, ce qui exige non seulement que chaque pièce soit d'une qualité constante à l'avance, mais aussi que les piles soient montées en parallèle ou en série lorsqu'il n'y a pas d'erreur possible.
Conclusion
En mars 2022, la Chine a publié un rapport sur les piles à hydrogène en tant qu'axe de développement stratégique, et les gouvernements locaux ont réagi positivement, de nombreuses localités ayant mis en place des programmes de subvention pour les piles à hydrogène et les huit composants essentiels qui doivent réaliser des percées.
Les investissements en capital et les fusions-acquisitions ont principalement porté sur les piles à hydrogène, les centrales électriques, les électrodes à membrane et les membranes d'échange de protons.
L'avenir des piles à hydrogène
Au début, les piles à hydrogène étaient principalement utilisées à des fins aérospatiales et militaires. Par la suite, compte tenu de leurs avantages potentiels considérables et en réponse à la pollution environnementale de plus en plus grave dans les transports, des recherches ont été menées sur leur application dans les groupes motopropulseurs automobiles.
Aujourd'hui, le monde assiste à des avancées technologiques rapides et à des résultats remarquables dans le domaine des piles à combustible à hydrogène, qui présentent déjà de brillantes perspectives de développement. L'obstacle technique majeur que constituent les véhicules électriques continuant à brûler pendant longtemps, les piles à combustible à hydrogène apportent une sorte d'espoir aux gens.
Après des années d'essais de diverses technologies de véhicules à énergie nouvelle dans l'industrie automobile mondiale, certains membres de la communauté universitaire ont affirmé que les piles à combustible à hydrogène sont susceptibles d'être l'objectif ultime des automobiles mondiales et la solution ultime pour les véhicules à énergie nouvelle, en raison de leur respect supérieur de l'environnement et de leur efficacité énergétique élevée.
Les principaux avantages des véhicules à pile à hydrogène
Avantages fondamentaux
Un excellent respect de l'environnement. Prenons le Toyota MIRAI, qui n'émet que de l'eau pure et aucune autre substance nocive pendant la conduite. En outre, la politique du double carbone, les exigences mondiales en matière de santé environnementale et les changements climatiques anormaux nous ont incités à concentrer notre attention sur le développement de véhicules à énergie nouvelle utilisant des piles à combustible à hydrogène, ce qui, en fin de compte, est plus important pour les piles à combustible à hydrogène que pour le respect exceptionnel de l'environnement.
Mais aussi parce qu'il n'y a pas encore beaucoup de stations de ravitaillement en hydrogène et de véhicules fonctionnant à l'hydrogène, et que les coûts sont encore élevés.
L'efficacité énergétique est particulièrement élevée. En ce qui concerne le principe de fonctionnement de la pile à hydrogène, elle génère de l'énergie sans passer par un processus de moteur thermique, n'est pas soumise à un cycle thermique et n'a pratiquement pas de dégagement de chaleur ni de perte d'énergie thermique. Par conséquent, le rendement de conversion énergétique peut atteindre 60% ou 70%, voire plus.
Les ressources énergétiques en hydrogène sont abondantes. L'hydrogène est également omniprésent sur la planète et il existe des ressources abondantes et diverses façons de le produire.
En termes de moyens techniques, l'hydrogène peut être produit soit par électrolyse de l'eau à partir de sources d'énergie renouvelables propres, y compris l'énergie éolienne et solaire, soit par production directe d'hydrogène à l'aide de la lumière.
Les piles à hydrogène ont un niveau élevé de confort de conduite.
Par rapport aux véhicules classiques, les véhicules à pile à combustible n'ont pas de problèmes de vibration mécanique et de rayonnement thermique dans le groupe motopropulseur, ce qui garantit non seulement une plus longue durée de vie et une plus grande fiabilité des pièces concernées du véhicule, mais aussi un fonctionnement sans heurts du véhicule.
Avantages uniques par rapport aux véhicules électriques purs
Basées sur le principe de fonctionnement scientifique et rationnel des piles à combustible, les piles à hydrogène évitent fondamentalement certains des principaux défauts des véhicules électriques purs, tels que la limitation de l'autonomie et le risque de fièvre.
Limitation de l'autonomie. La "batterie" d'une voiture à pile à combustible ne fait que produire de l'électricité, mais ne la stocke pas. En revanche, tant que l'hydrogène alimente en continu les piles à hydrogène, le système d'entraînement peut obtenir suffisamment d'électricité pour faire avancer la voiture.
La densité énergétique de l'hydrogène est environ 2 à 3 fois supérieure à celle du gaz et du diesel, et 10 fois supérieure à celle du lithium-ion pour les véhicules électriques. 5 kg de stockage d'hydrogène peuvent alimenter des piles à hydrogène pendant 400 km, alors qu'un véhicule électrique pur ayant le même kilométrage aurait un poids de batterie d'une demi-tonne.
Les piles à hydrogène sont sûres et respectueuses de l'environnement. Les piles à hydrogène sont constituées d'une fine séparateur de piles au lithium pris en sandwich par une plaque polaire. En théorie, la température maximale des piles à combustible à hydrogène ne dépasse pas 100 degrés Celsius. refroidissement de la batterieLa température sera encore plus basse.
En ce qui concerne l'impact environnemental des piles à hydrogène sur l'ensemble de leur cycle de vie, les matériaux constitutifs sont essentiellement non toxiques et il n'est pas question de contamination de l'environnement lors de leur préparation, de leur utilisation et de leur recyclage.
Difficultés dans le développement de la pile à hydrogène
Malgré les nombreux avantages mentionnés ci-dessus, les piles à hydrogène sont après tout un produit technologique totalement innovant et révolutionnaire, et il y aura inévitablement des imperfections et des domaines à améliorer.
Les performances techniques des moteurs à pile à hydrogène doivent être considérablement améliorées.
Au début, les performances techniques du moteur à pile à hydrogène étaient médiocres et devaient être considérablement améliorées pour répondre aux exigences actuelles, principalement en ce qui concerne les aspects suivants.
Tout d'abord, la densité de puissance des piles à hydrogène est faible, et la puissance de sortie de l'ensemble du moteur à piles à hydrogène est limitée.
Deuxièmement, la durabilité du moteur à pile à hydrogène est médiocre. Au stade préliminaire, la durée de vie des moteurs à pile à hydrogène au niveau international ne dépasse généralement pas 3 000 heures, et l'objectif pour 2020 est de 5 000 heures, ce qui n'est pas loin de l'application réelle.
Troisièmement, le moteur à pile à hydrogène s'adapte mal à l'environnement, en particulier à basse température, ce qui rend son démarrage plus difficile et réduit son autonomie.
Exigences élevées en matière de fiabilité des systèmes
Pour que le moteur à piles à hydrogène ait une puissance suffisante, des centaines de piles à hydrogène individuelles doivent être intégrées en une seule pour former une pile de piles à combustible, ce qui exige non seulement que chaque pièce soit d'une qualité constante à l'avance, mais aussi que les piles soient montées en parallèle ou en série lorsqu'il n'y a pas d'erreur possible.
Conclusion
En mars 2022, la Chine a publié un rapport sur les piles à hydrogène en tant qu'axe de développement stratégique, et les gouvernements locaux ont réagi positivement, de nombreuses localités ayant mis en place des programmes de subvention pour les piles à hydrogène et les huit composants essentiels qui doivent réaliser des percées.
Les investissements en capital et les fusions-acquisitions ont principalement porté sur les piles à hydrogène, les centrales électriques, les électrodes à membrane et les membranes d'échange de protons.