État de l'application des nouvelles batteries à énergie et analyse de leur développement (I)

Piles à combustible à hydrogène et stockage d’énergie hydrogène

Introduction

Avec l'attention croissante portée aux questions énergétiques dans le monde, de nouveaux énergie les technologies de batteries sont progressivement devenues la priorité absolue de la recherche scientifique et du développement industriel dans divers pays dans le contexte de la transition énergétique et du développement durable. Des batteries lithium-ion traditionnelles aux piles à combustible à hydrogène plus avant-gardistes, en passant par les batteries à flux liquide, etc., différents types de batteries ont montré un large éventail de perspectives d'application dans les domaines du stockage d'énergie et des véhicules électriques. Cependant, il y en a aussi beaucoup défis et limites, tels que la densité énergétique, la durée de vie et le coût. Afin de mieux promouvoir le développement de nouvelles sources d'énergie, cette série évaluera de manière exhaustive les avantages, les inconvénients et les scénarios d'application de chaque type de nouvelle technologie de batterie grand public, fournira des références et des conseils précieux aux chercheurs et aux praticiens industriels, promouvra l'innovation continue dans ce domaine, et contribuer au développement durable de l’énergie mondiale.

Article principal

Selon l'électrolyte, les piles à combustible sont classées et caractérisées comme indiqué dans le tableau 2-1.

Tableau 2-1 Types de base de piles à combustible

Les piles à combustible à hydrogène fonctionnent en faisant réagir l’hydrogène et l’oxygène sans combustion pour convertir l’énergie de l’hydrogène en électricité. Le processus de réaction est illustré à la figure 2.1. ^[1].

Figure 2.2 Portefeuille de chaînes d'alimentation pour véhicules à pile à combustible

Afin de réaliser des navires sans carbone et sans pollution, diverses voies technologiques en matière d'énergie navale sans carbone ont vu le jour. L’aviation à hydrogène est également considérée comme la clé pour atteindre zéro émission polluantes et le développement durable dans l'industrie aéronautique à l'avenir. En raison des exigences élevées des gros avions de ligne en matière de densité énergétique des piles à combustible à hydrogène, de stockage et de ravitaillement en hydrogène et de sécurité de l'hydrogène, il est difficile de réaliser l'application de gros avions à pile à combustible à hydrogène en peu de temps. DLes machines sont de plus en plus répandues dans la chaîne industrielle en raison de leurs caractéristiques économiques et pratiques.

À long terme, l’hydrogène énergie devrait devenir une forme importante de stockage d’électricité. Du stock de capacité installée, le stockage par pompage reste la principale forme de stockage d'énergie. Ces dernières années, le stockage d'énergie électrochimique a également commencé à accélérer le développement du stockage d'énergie à hydrogène. , mais ça n'a pas encore réalisé l'application à grande échelle. Cependant, comme mentionné précédemment, que ce soit dans la dimension temporelle ou spatiale, les futures applications du stockage d'énergie dans le système électrique seront plus abondantes, les formes de stockage d'énergie seront plus diversifiées et l'énergie hydrogène pourra toujours être utilisée comme stockage d'énergie chimique. , le stockage physique de l’énergie, un complément prometteur.

Selon les prévisions de l'AIE, la capacité installée de stockage électrochimique d'énergie/énergie hydrogène atteindra respectivement 9 % et 6 % en 2050. Du point de vue de l'industrialisation, le stockage électrochimique d'énergie dispose d'une base industrielle solide et sera le premier à ouvrir la voie à de grandes développement à grande échelle, tandis que le stockage de l'énergie hydrogène en est encore aux premiers stades de l'industrialisation et que les progrès du développement à grande échelle seront plus lents que ceux du stockage d'énergie électrochimique.

À l'heure actuelle, la technologie traditionnelle d'électrolyse de l'eau et de l'hydrogène adopte principalement la méthode d'électrolyse de l'eau par membrane échangeuse de protons (PEM), et l'investissement unitaire de son système complet de stockage d'énergie hydrogène est d'environ￥9000/kW. À titre de comparaison, le coût actuel du système de un Le système de stockage d’énergie électrochimique (LiFePO4) est d’environ￥4800/kW (￥1,2 /wh coût du système, 4 heures de sauvegarde), et il y a toujours un net avantage par rapport à le système de stockage d’énergie hydrogène du côté des coûts ; Actuellement, le système de stockage par pompage le plus largement utilisé en Chine dispose d'une base industrielle solide et sera le premier à inaugurer un développement à grande échelle, tandis que les progrès du développement à grande échelle seront plus lents que le stockage d'énergie électrochimique. À l'heure actuelle, le coût du système de stockage par pompage le plus largement utilisé en Chine est d'environ 7 000 RMB/kW, ce qui est également meilleur que celui du système de stockage d'hydrogène.s.

Cependant, avec le développement rapide de l'énergie éolienne et de l'industrie photovoltaïque, le degré de redondance de la capacité installée sera considérablement augmenté, et le réseau pour assurer la stabilité du réseau électrique ne peut certainement pas prendre un court laps de temps pour absorber l'excès de puissance. impact, de sorte que l'énergie éolienne et l'abandon de l'énergie photovoltaïque à faible coût deviendront une source importante d'énergie d'électrolyse de l'hydrogène, et pour résoudre le dilemme actuel de l'industrialisation du stockage de l'énergie hydrogène.

Les références：

[1]卢国强.氢燃料电池结构原理及其发展现状[J].内燃机与配件,2023(15):106-108.DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2023.15.007.

[2]侯明,衣宝廉.燃料电池技术发展现状[J].电源技术,2008(10):649-654.

[3]邵志刚,衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望[J].中国科学院院刊,2019,34(04):469-477.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.012.