- 技術問答 -

Technical Q & A

為什麼選用甲醇?

1、原料來源
甲醇除了通過傳統的化石原料(煤、石油、天然氣等)獲得之外,還可從生活垃圾、生物質等獲得,例如甘蔗渣、松樹皮、玉米稭稈等等均可作為生成甲醇的原料。國際上使用太陽能、風能等替代能源的電力将二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成甲醇,已經開始商業化運行。
雖然目前煤仍然是制造甲醇的主要原料,但煤炭資源不可再生的特性,決定了開發替代性原料及可再生原料的必要性和必然性。生物質原料來源豐富、綠色環保、可循環再生,為甲醇生産提供了更廣闊的空間。

2、安全性
閃點(造成液體汽化而着火的最低溫度):數值越高,越難着火
引燃溫度(常壓下空氣中,化學純淨的可燃液體蒸汽和氣體的引燃溫度):數值越高,引燃所需的環境溫度越高
熱值[單位質量或體積燃燒充分所釋放的熱(能)量]:數值越高,燃燒時所産生的熱(能)量越多,影響也越大
半數緻死量(受試對象50%死亡所需劑量):數值越高,毒性越低

燃料類型 汽油 甲醇 甲醇水(6:4)
閃點(℃) -58~10 11~12 >12
引燃溫度(℃) 250~530 464 >464
熱值-質量燃燒熱(1000kJ/kg) 46.1 22.7 12.33
熱值-體積燃燒熱(1000kJ/L) 32.27~35.96 17.98 11.17
半數緻死量(mg/kg) 2500 5628 >5628

為什麼使用甲醇重整制氫燃料電池?

純氫燃料電動車VS甲醇氫燃料電池系統
純氫燃料電動車發展現況
    1. 加氫站建設昂貴
    2. 儲氫設備安全問題
    3. 氫氣運輸效率低  
甲醇氫燃料電池系統解決方案
    1. 甲醇站新建費用約100萬人民币,改建費用約20萬人民币,遠比加氫站經濟實惠
    2. 甲醇管道或槽罐車皆隻需續用現有加油站管道及油罐車等級即可,安全系數高
    3. 甲醇運輸效率約為氫氣的數倍

純電池電動車VS甲醇氫燃料電池系統
純電池電動車發展現況
    1. 充電時間長
    2. 續航裡程短
    3. 低溫效能差
    4. 體積重量大
    5. 能量衰減問題
    6. 額外充電配套建設
甲醇氫燃料電池系統解決方案
    1. 相較至少3、4小時冗長的充電時間,補充甲醇燃料僅需3~5分鐘
    2. 相同體積下,續航裡程為锂電池電動車的數倍
    3. 沒有低溫效能疑慮
    4. 攜帶相同能量下,體積約為純電池的1/2,重量約減少30%
    5. 使用壽命遠超過一般的電池電動車
    6. 僅需沿用現行加油站系統,無須額外進行基礎建設

七種燃料電池對比

1、甲醇重整制氫燃料電池(Reformed Methanol Fuel Cell,RMFC)是一種以甲醇生成的富氫重整氣作為燃料的燃料電池系統,通常由甲醇重整系統與質子交換膜燃料電池電堆組成。不同于直接甲醇燃料電池,在這裡甲醇經過一次轉化生成氫氣,氫氣再進入質子交換膜燃料電池電堆發電。該架構利用了氫質子膜燃料電池電堆的高功率密度、高能效特點;同時,采用甲醇作為燃料電池輸入能源,氫氣即産即用,避免了氫氣儲存中的高壓危險、運輸中的效率低下及使用成本高等問題。與直接甲醇燃料電池相比,其能夠滿足大功率使用要求,彌補了DMFC功率低(很難達到1kW以上)的問題。因此,預計甲醇重整制氫燃料電池将會成為未來主流的燃料電池技術之一。
主要優點:
1. 甲醇轉化率與利用率高,以甲醇高熱值計算,整系統能效可達46%。
2. 直接采用甲醇作為燃料,可利用現有的汽柴油加注系統完成甲醇分銷加注,無需昂貴的加氫站,避免了氫氣儲運中低效與安全問題。
3. 輸出電流密度可以媲美純氫燃料電池。
主要缺點:
1. 系統複雜度增加,增加了系統體積與重量。
2. 需要額外的控制系統完成動态調控。

2、堿性燃料電池(alkaline fuel cell,AFC)采用如KOH、NaOH之類的強堿性溶液作電解質,傳導電極之間的離子,由于電解液為堿性,與PEMFC不同的是在電介質内部傳輸的離子導體為氫氧離子OH- 堿性燃料電池(AFC)是早期進入實用階段的燃料電池之一,也是很早用于車輛的燃料電池。1959年驅動叉車的培根(Bacon)型中溫、中壓氫氧燃料電池就是AFC。可以說,AFC是目前技術成熟的燃料電池之一。
主要優點
1. 堿性燃料電池可以在一個寬溫度(80~230℃)和壓力[(2.2-45)×105Pa範圍内運行
2. 堿性燃料電池具有較高的效率(50%~55%)
3. 性能可靠,可用非貴金屬作催化劑,是燃料電池中生産成本非常低的一種電池
4. 通過電解液充分的循環,電解液被用作冷卻介質,易于熱管理
主要缺點
1. 電解液易受二氧化碳的毒化,不适合大氣環境使用
2. 循環電解液的利用,增加了洩漏的風險

 
3、質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)是一種以質子交換膜作為電解質層的燃料電池,其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成,常以氫氣作為燃料,空氣或氧氣作為氧化劑,是目前常見的燃料電池技術。在陽極發生氫氣氧化生成質子與電子,陰極為氧氣還原的場所,質子交換膜僅傳遞質子,而氫氣所失去的電子則從導線通過形成電流,進行發電。
主要優點:
1. 能效高,功率密度大
2. 可在室溫下快速啟動
3. 可作為移動電源使用
4. 運行安靜、污染排放低
主要缺點:
1. 易一氧化碳(CO)中毒
2. 存在氫氣來源及儲運問題
 
4、磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC)是以濃磷酸為電解質,以貴金屬催化的氣體擴散電極為正、負電極的中溫型燃料電池。可以在150~220℃工作。具有電解質穩定、磷酸可濃縮、水蒸氣壓低和陽極催化劑不易被CO毒化等優點,是一種接近商品化的民用燃料電池
主要優點:
1. 不易被CO毒化
2. 技術成熟
主要缺點:
1. 冷啟動時間久
2. 不适合中小型移動電源,僅适合固定式發電站
 
5、熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極闆構成的燃料電池。其電解質是熔融态碳酸鹽。MCFC屬高溫電池,工作溫度650~700℃。
主要優點:
1. 非貴金屬催化劑
2. 高品位餘熱可用于熱電聯供
主要缺點:
1. 二氧化碳(CO2)必須再循環
2. 電解質具有腐蝕性
3. 材料昂貴
 
6、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)屬于第三代燃料電池,是一種在中高溫下直接将儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固态化學發電裝置。被普遍認為是在未來會與質子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。
主要優點:
1. 催化劑為非貴金屬
2. 高品位餘熱可用于熱電聯供
3. 較高功率密度
主要缺點:
1. 啟動時間長,因操作溫度在650~1000℃,為保護電池組件,升溫速率不能太快,5-10℃每分鐘升溫,啟動時間在65分鐘至200分鐘
2. 常用電極材料含貴金屬、稀土元素,導緻原料成本高
3. 固體氧化物燃料電池在高溫運行下的壽命仍需考證

 
7、直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)屬于質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)中的一類,直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源,而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發電。相較于質子交換膜燃料電池(PEMFC) ,直接甲醇燃料電池 (DMFC) 具備低溫快速啟動、燃料潔淨環保以及電池結構簡單等特性。這使得直接甲醇燃料電池 (DMFC)可能成為未來便攜式電子産品應用的主流。
主要優點:
1. 直接甲醇燃料電池期望工作溫度為120℃以下,其效率為40%左右
2. 無重整、轉化裝置,體積小、質量輕、系統簡單、燃料豐富、價格低廉、儲存方便
主要缺點:
1. 存在甲醇滲透問題
2. 與氫燃料電池相比,其電流密度低、使用壽命短
 
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