Brennstoffzellen vs. Batterie

Einführung

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Brennstoffzellen und Batterien zwei praktikable Optionen für die Entwicklung elektrischer Antriebsstränge sind, die dazu beitragen werden, das Problem der sauberen Energie zu lösen. Als Hybridlösung werden beide Technologien ihre Rolle spielen. Beide Optionen können je nach Anwendung die optimale Antwort sein. Alles hängt von den Anforderungen, Bedürfnissen und Nutzungsumständen ab.

Brennstoffzelle vs. Batterieauto

Die grundlegendste Unterscheidung zwischen Batterien und Brennstoffzellen ist einfach: Eine Batterie speichert Energie, die sie später verbraucht, während eine Brennstoffzelle Energie erzeugt, indem sie verfügbaren Brennstoff umwandelt. Sie können Strom jederzeit und überall nutzen, solange Sie Zugang zum Brennstoff haben. Es ist interessant festzustellen, dass eine Brennstoffzelle auch eine Batterie enthalten kann, um die von ihr erzeugte Energie zu speichern.

Darüber hinaus gibt es weitere Auszeichnungen für saubere Mobilität, insbesondere im Schwerlastverkehr:

Distanz

Ein mit Brennstoffzellentechnologie betriebener Lkw der Klasse 8 kann in weniger als 15 Minuten wieder einsatzbereit sein, verglichen mit Stunden bei einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug. Daher sind Brennstoffzellen ideal für Autos, die jeden Tag im Mehrschichtbetrieb arbeiten. Da sie zudem weniger kälteempfindlich sind als Batterien, können Brennstoffzellen Temperaturschwankungen während einer langen Fahrt problemlos bewältigen.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Ausfallzeit

Die Betankung dauert nur wenige Minuten, und auch Wartungsstillstände zeugen von der Langlebigkeit der Brennstoffzellentechnologie. Bei Verbrennungsmotoren und Batterien ist mehr Wartung erforderlich.

Kosten

Die kostengünstigste Option zur Dekarbonisierung des mittelschweren und schweren Straßentransports sind Wasserstoff-Brennstoffzellen. Batterien sind laut drei Anwendungsfällen aufgrund der größeren Größe, des höheren Gewichts und der höheren Kosten der benötigten Batterien sowie der längeren Ladezeiten weniger wünschenswert.

Infrastruktur

Die Infrastruktur ist häufig ein erhebliches Hindernis für Batterien und Brennstoffzellen, insbesondere beim Transport. Zum Beispiel würden mehr Hochleistungsladeoptionen das Aufladen von Batterien ermöglichen, selbst wenn sie in Gebrauch sind, wodurch die dafür benötigte Zeit von Stunden auf Minuten erheblich verkürzt würde. Das größte Problem bei Wasserstoff-Brennstoffzellen ist die Verteilung und Verfügbarkeit.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Brennstoffzelle vs. Batterieenergiedichte

Batterien sind offensichtlich effizienter als Brennstoffzellen, aber wenn man sie mit schweren Lkw für den Fernverkehr vergleicht, hat das Gewicht einen erheblichen Einfluss. Da Wasserstoff eine wesentlich höhere Energiedichte als Batterien hat, wird ein brennstoffzellenbetriebener Antriebsstrang leichter sein. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben, kann der Unterschied bei einem Lkw mit einer Reichweite von 800 Meilen bis zu 2 Tonnen betragen. Infolgedessen ermöglicht die Brennstoffzellentechnologie Fahrzeugen, größere Gewichte zu tragen und längere Fahrstrecken zurückzulegen.

Brennstoffzellen und komprimierter Wasserstoff können verwendet werden, um ein Fahrzeug anzutreiben. Motor mit Gewichten, die viermal niedriger sind als das US-ABC-Ziel und acht- bis vierzehnmal niedriger als die derzeitigen Batterien. Das zusätzliche Gewicht zur Verlängerung der Reichweite des Brennstoffzellen-EV ist unbedeutend, aber das Gewicht des Batterie-EV schießt bei längeren Fahrten in die Höhe. Aufgrund der Gewichtsmischung mehr als 100 bis 150 Meilen. Jedes zusätzliche Kilogramm Batterien erfordert mehr Strukturgewicht, stärkere Bremsen und ein größeres Fahrzeug, um die Reichweite zu erhöhen. größerer Traktionsmotor, der mehr Batterien benötigen würde, um diese zusätzliche Masse zu bewegen usw.

Brennstoffzellen- vs. Batterieeffizienz

Als Reaktion auf den steigenden Absatz von Elektrofahrzeugen wurden Lithium-Ionen-Batterien in den letzten 20 Jahren erheblich verbessert. Zwischen Mitte der 1990er und Mitte der 2000er Jahre hat sich die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien ungefähr verdoppelt. Wir müssen Netzübertragungsverluste berücksichtigen, wenn die zum Auffüllen der Batterien verwendete Energie aus erneuerbaren Quellen stammt. Der Durchschnittswert für Übertragungs- und Verteilungsverluste innerhalb der EU beträgt 6 %. Außerdem verliert die Ladeinfrastruktur nur 1 % ihrer Effizienz.

Die Lieferung und Speicherung des erzeugten Wasserstoffs führt zu größeren Energieverlusten. Da Wasserstoff sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Form eine geringe reale Dichte hat, müssen wir ihn verstärken, um eine ausreichend hohe Energiedichte zu erreichen. Der effektivste Ansatz besteht darin, den Wasserstoff auf 680 atm zu komprimieren, obwohl dabei etwa 13 % der Gesamtenergie des Wasserstoffs verbraucht werden.

Während die Batterien den Strom in Gleichstrom speichern, liefert das Netz Wechselstrom. Für die Umrüstung wird ein Ladegerät mit 95 % Spitzenwirkungsgrad benötigt. Außerdem ist ein Wechselrichter erforderlich, da die meisten Elektrofahrzeuge Wechselstrommotoren verwenden. Der Spitzenwirkungsgrad eines hochwertigen Wechselrichters kann fast 95 % betragen. Auch Lithium-Ionen-Batterien können durch Lecks Energie verlieren. Der Ladewirkungsgrad kann auf nahezu 90 % geschätzt werden.

Eine funktionierende Wasserstoff-Infrastruktur muss in der Lage sein, Wasserstoff nach seiner Erzeugung und Speicherung von der Erzeugungsquelle bis zur Verwendungsstelle zu transportieren. Die Kosten und die Lieferung von Wasserstoff können durch den Standort seiner Produktion erheblich beeinflusst werden. Eine Anlage, die zentral gelegen ist und in der Lage ist, große Mengen Wasserstoff zu produzieren, kann dies zu geringeren Kosten tun, aber die Transportkosten, um den Wasserstoff an seinen endgültigen Bestimmungsort zu bringen, werden höher sein. Mit minimalen Versandkosten kann eine dezentrale Produktionseinheit Wasserstoff dort erzeugen, wo er benötigt wird. Das geringere Herstellungsvolumen führt jedoch zu höheren Produktionskosten. Die Tank-to-Wheel-Umwandlungseffizienz ist ein weiterer Faktor, der zum Effizienzverlust bei der Verwendung von Wasserstoff beiträgt. Damit Fahrzeuge mit Wasserstoff fahren können, muss der Wasserstoff im Tank mit einer Brennstoffzelle wieder in Strom umgewandelt werden. Das US-Energieministerium schätzt, dass die Brennstoffzellentechnologie einen potenziellen Wirkungsgrad von 60 % hat, wobei der Großteil der verbleibenden Energie als Wärme verschwendet wird.

Im besten Fall, wenn der gesamte Prozess hohe Wirkungsgrade aufweist, ist der effektivste Weg, ein Auto anzutreiben, der Einsatz von batterieelektrischen Fahrzeugen. Dann kann ein Brennstoffzellenauto im Vergleich zu einer Batterie trotzdem mit einem vollen Wasserstofftank weiterfahren. Denn zu Energieverlusten und den Kosten für das vollständige Aufladen eines angetriebenen Tanks kommt es zu höheren Ineffizienzen. Wasserstoff kostet etwas mehr als das Dreifache pro Kilometer.

Der Kilometerpreis wird zusätzlich durch zusätzliche Ausgaben wie Bauausgaben und Gewinne aus Wasserstoffstationen beeinflusst. Der Markt, in dem der Großteil der Investitionen und Forschung auf batterieelektrische Fahrzeuge ausgerichtet ist, wird jetzt von den oben genannten Energieverlusten und Ineffizienzen bestimmt.