导语:储氢能力是指可向燃料电池系统输送的氢气的可用量除以整个储存系统的总质量/体积,这个储存系统包括所有储存的氢气、介质、反应剂(如水解系统内的水)和系统组件。
储氢能力的定义
根据DOE官网的分类,常见的氢瓶储氢方式可以分为压缩气体储氢、低温储氢与液态储氢。目前燃料电池汽车上采用的是压缩气体储氢方式。压缩气体储氢通过专门的高压容器实现,这就引出了之前推文中提到的I型、II型、III型、IV型氢瓶。
一般采用质量储氢密度与体积储氢密度这两个参数来评估其储氢系统的储氢能力。DOE是这样定义这两个参数和储氢能力的:
Capacities are defined as the usable quantity of hydrogen deliverable to the fuel cell system divided by the total mass/volume of the complete storage system, including all stored hydrogen, media, reactants (e.g., water for hydrolysis-based systems), and system components.
储氢能力是指可向燃料电池系统输送的氢气的可用量除以整个储存系统的总质量/体积,这个储存系统包括所有储存的氢气、介质、反应剂(如水解系统内的水)和系统组件。
下面咱们依次来讨论一下这三种储氢方式的储氢密度。
压缩气体储氢
就质量储氢密度而言。III与IV型瓶的质量储氢密度与体积储氢密度如下图所示,可以看到质量储氢密度和储氢压力呈接近线性增长的关系,而在200bar时,III与IV型瓶与I和II型瓶差异不大(分别为1%和1.5 wt%),且相同储氢压力下,氢瓶体积越大其质量储氢密度越大。
就体积储氢密度而言。体积储氢密度则不是和储氢压力呈接近线性关系。随着氢瓶体积的增大,III与IV型瓶的体积储氢密度最高点越靠近低储氢压力区。以储氢压力约700bar为界,小于700bar时储氢体积越大体积储氢密度越高,大于700bar时,体积的增大则不利于提升体积储氢密度。
目前燃料电池车上采用的氢瓶体积(以50L和100L为例),将其质量储氢密度与体积储氢密度在上图查询的话,再对照美国国家能源部DOE最新制定的储氢目标,以及市面上见到的燃料电池整车的情况,我们可以一起来看看目前大家是否已经实现了DOE制定的目标。
可以看出如果采用III型与IV瓶,达到DOE2020年与2025年的部分目标还是比较轻松的。尤其是体积储氢密度,III型与IV型瓶与目前三个燃料电池整车储氢均达到了DOE的2020年目标,100L的35MPaIII/IV型瓶、70MPa的III/IV型瓶与三个燃料电池整车储氢甚至都达到了DOE的2025年目标。其中丰田Mirai更是在质量储氢密度和体积储氢密度这两个参数上都达到了DOE的2025年目标。而从质量储氢密度上看,只有采用70MPa储氢压力的方法才有可能接近或达到DOE的2020年目标,35MPa只能达到此目标的60%。