- 技术问答 -

Technical Q & A

为什么选用甲醇?

1、原料来源
甲醇除了通过传统的化石原料(煤、石油、天然气等)获得之外,还可从生活垃圾、生物质等获得,例如甘蔗渣、松树皮、玉米秸秆等等均可作为生成甲醇的原料。国际上使用太阳能、风能等替代能源的电力将二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成甲醇,已经开始商业化运行。
虽然目前煤仍然是制造甲醇的主要原料,但煤炭资源不可再生的特性,决定了开发替代性原料及可再生原料的必要性和必然性。生物质原料来源丰富、绿色环保、可循环再生,为甲醇生产提供了更广阔的空间。

2、安全性
闪点(造成液体汽化而着火的最低温度):数值越高,越难着火
引燃温度(常压下空气中,化学纯净的可燃液体蒸汽和气体的引燃温度):数值越高,引燃所需的环境温度越高
热值[单位质量或体积燃烧充分所释放的热(能)量]:数值越高,燃烧时所产生的热(能)量越多,影响也越大
半数致死量(受试对象50%死亡所需剂量):数值越高,毒性越低

燃料类型 汽油 甲醇 甲醇水(6:4)
闪点(℃) -58~10 11~12 >12
引燃温度(℃) 250~530 464 >464
热值-质量燃烧热(1000kJ/kg) 46.1 22.7 12.33
热值-体积燃烧热(1000kJ/L) 32.27~35.96 17.98 11.17
半数致死量(mg/kg) 2500 5628 >5628

为什么使用甲醇重整制氢燃料电池?

纯氢燃料电动车VS甲醇氢燃料电池系统
纯氢燃料电动车发展现况
    1. 加氢站建设昂贵
    2. 储氢设备安全问题
    3. 氢气运输效率低  
甲醇氢燃料电池系统解决方案
    1. 甲醇站新建费用约100万人民币,改建费用约20万人民币,远比加氢站经济实惠
    2. 甲醇管道或槽罐车皆只需续用现有加油站管道及油罐车等级即可,安全系数高
    3. 甲醇运输效率约为氢气的数倍

纯电池电动车VS甲醇氢燃料电池系统
纯电池电动车发展现况
    1. 充电时间长
    2. 续航里程短
    3. 低温效能差
    4. 体积重量大
    5. 能量衰减问题
    6. 额外充电配套建设
甲醇氢燃料电池系统解决方案
    1. 相较至少3、4小时冗长的充电时间,补充甲醇燃料仅需3~5分钟
    2. 相同体积下,续航里程为锂电池电动车的数倍
    3. 没有低温效能疑虑
    4. 携带相同能量下,体积约为纯电池的1/2,重量约减少30%
    5. 使用寿命远超过一般的电池电动车
    6. 仅需沿用现行加油站系统,无须额外进行基础建设

七种燃料电池对比

1、甲醇重整制氢燃料电池(Reformed Methanol Fuel Cell,RMFC)是一种以甲醇生成的富氢重整气作为燃料的燃料电池系统,通常由甲醇重整系统与质子交换膜燃料电池电堆组成。不同于直接甲醇燃料电池,在这里甲醇经过一次转化生成氢气,氢气再进入质子交换膜燃料电池电堆发电。该架构利用了氢质子膜燃料电池电堆的高功率密度、高能效特点;同时,采用甲醇作为燃料电池输入能源,氢气即产即用,避免了氢气储存中的高压危险、运输中的效率低下及使用成本高等问题。与直接甲醇燃料电池相比,其能够满足大功率使用要求,弥补了DMFC功率低(很难达到1kW以上)的问题。因此,预计甲醇重整制氢燃料电池将会成为未来主流的燃料电池技术之一。
主要优点:
1. 甲醇转化率与利用率高,以甲醇高热值计算,整系统能效可达46%。
2. 直接采用甲醇作为燃料,可利用现有的汽柴油加注系统完成甲醇分销加注,无需昂贵的加氢站,避免了氢气储运中低效与安全问题。
3. 输出电流密度可以媲美纯氢燃料电池。
主要缺点:
1. 系统复杂度增加,增加了系统体积与重量。
2. 需要额外的控制系统完成动态调控。

2、碱性燃料电池(alkaline fuel cell,AFC)采用如KOH、NaOH之类的强碱性溶液作电解质,传导电极之间的离子,由于电解液为碱性,与PEMFC不同的是在电介质内部传输的离子导体为氢氧离子OH- 碱性燃料电池(AFC)是早期进入实用阶段的燃料电池之一,也是很早用于车辆的燃料电池。1959年驱动叉车的培根(Bacon)型中温、中压氢氧燃料电池就是AFC。可以说,AFC是目前技术成熟的燃料电池之一。
主要优点
1. 碱性燃料电池可以在一个宽温度(80~230℃)和压力[(2.2-45)×105Pa范围内运行
2. 碱性燃料电池具有较高的效率(50%~55%)
3. 性能可靠,可用非贵金属作催化剂,是燃料电池中生产成本非常低的一种电池
4. 通过电解液充分的循环,电解液被用作冷却介质,易于热管理
主要缺点
1. 电解液易受二氧化碳的毒化,不适合大气环境使用
2. 循环电解液的利用,增加了泄漏的风险

 
3、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)是一种以质子交换膜作为电解质层的燃料电池,其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成,常以氢气作为燃料,空气或氧气作为氧化剂,是目前常见的燃料电池技术。在阳极发生氢气氧化生成质子与电子,阴极为氧气还原的场所,质子交换膜仅传递质子,而氢气所失去的电子则从导线通过形成电流,进行发电。
主要优点:
1. 能效高,功率密度大
2. 可在室温下快速启动
3. 可作为移动电源使用
4. 运行安静、污染排放低
主要缺点:
1. 易一氧化碳(CO)中毒
2. 存在氢气来源及储运问题
 
4、磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC)是以浓磷酸为电解质,以贵金属催化的气体扩散电极为正、负电极的中温型燃料电池。可以在150~220℃工作。具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气压低和阳极催化剂不易被CO毒化等优点,是一种接近商品化的民用燃料电池
主要优点:
1. 不易被CO毒化
2. 技术成熟
主要缺点:
1. 冷启动时间久
2. 不适合中小型移动电源,仅适合固定式发电站
 
5、熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。MCFC属高温电池,工作温度650~700℃。
主要优点:
1. 非贵金属催化剂
2. 高品位余热可用于热电联供
主要缺点:
1. 二氧化碳(CO2)必须再循环
2. 电解质具有腐蚀性
3. 材料昂贵
 
6、固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)属于第三代燃料电池,是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
主要优点:
1. 催化剂为非贵金属
2. 高品位余热可用于热电联供
3. 较高功率密度
主要缺点:
1. 启动时间长,因操作温度在650~1000℃,为保护电池组件,升温速率不能太快,5-10℃每分钟升温,启动时间在65分钟至200分钟
2. 常用电极材料含贵金属、稀土元素,导致原料成本高
3. 固体氧化物燃料电池在高温运行下的寿命仍需考证

 
7、直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)属于质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)中的一类,直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源,而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。相较于质子交换膜燃料电池(PEMFC) ,直接甲醇燃料电池 (DMFC) 具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池 (DMFC)可能成为未来便携式电子产品应用的主流。
主要优点:
1. 直接甲醇燃料电池期望工作温度为120℃以下,其效率为40%左右
2. 无重整、转化装置,体积小、质量轻、系统简单、燃料丰富、价格低廉、储存方便
主要缺点:
1. 存在甲醇渗透问题
2. 与氢燃料电池相比,其电流密度低、使用寿命短
 
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