燃料電池とバッテリー

序章

燃料電池とバッテリーは、クリーンエネルギーの問題を解決するのに役立つ電気ドライブトレインを開発するための2つの実行可能なオプションであることを覚えておくことが重要です。ハイブリッド ソリューションとして、両方のテクノロジがそれぞれの役割を果たします。アプリケーションによっては、どちらのオプションも最適な応答である可能性があります。すべては要件、ニーズ、および使用状況に依存します。

燃料電池 vs バッテリーカー

電池と燃料電池の最も基本的な違いは単純明快です。電池は後で消費するエネルギーを蓄えますが、燃料電池は利用可能な燃料を変換してエネルギーを生成します。燃料さえあれば、いつでもどこでも電気を使うことができます。興味深いことに、燃料電池には、生成したエネルギーを蓄えるためのバッテリーも含まれる場合があります。

さらに、特にヘビーデューティー輸送アプリケーションでは、クリーンなモビリティには他にも特徴があります。

距離

燃料電池技術を搭載したクラス 8 のトラックは、バッテリ駆動の電気自動車の場合は数時間かかるのに比べて、15 分以内に運転を再開できます。その結果、燃料電池は、毎日複数のシフトで働く車に最適です。さらに、燃料電池はバッテリーよりも低温の影響を受けにくいため、長距離移動中の温度変化を容易に管理できます。

3.2V 20A低温LiFePO4バッテリーセル-40℃3C放電容量≥70％充電温度：-20〜45℃放電温度：-40〜+ 55℃鍼灸試験合格-40℃最大放電率：3C

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ダウンタイム

燃料補給には数分しかかからず、メンテナンスのダウンタイムも燃料電池技術の耐久性を証明しています。内燃エンジンとバッテリーには、より多くのメンテナンスが必要です。

料金

中型および大型の道路輸送を脱炭素化するための最も費用対効果の高いオプションは、水素燃料電池です。 3 つのユースケースによると、必要なバッテリーのサイズが大きく、重量が重く、コストが高く、充電時間が長くなるため、バッテリーはあまり望ましくありません。

インフラストラクチャー

インフラストラクチャは、特に輸送に関しては、バッテリーと燃料電池にとってしばしば重大な障壁となります。たとえば、より高出力の充電オプションがあれば、使用中でもバッテリーを充電できるようになり、充電に必要な時間が数時間から数分に大幅に短縮されます。水素燃料電池の最大の問題は、流通と入手可能性です。

低温高エネルギー密度頑丈なラップトップ ポリマー バッテリーバッテリー仕様: 11.1V 7800mAh -40℃ 0.2C 放電容量 ≥80%防塵、耐落下性、耐腐食性、耐電磁干渉性

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燃料電池とバッテリーのエネルギー密度

バッテリーは明らかに燃料電池よりも効率的ですが、大型の長距離トラックで比較すると、重量が大きな影響を与えます。水素はバッテリーよりもエネルギー密度が大幅に高いため、燃料電池駆動のパワートレインは軽量化されます。目安として、航続距離が 800 マイルのトラックの場合、最大 2 トンの差が生じる可能性があります。その結果、燃料電池技術により、車両の重量を増やし、走行距離を伸ばすことができます。

燃料電池と圧縮水素は、自動車の動力源として使用できます。米国 ABC 目標の 4 分の 1、現在のバッテリーの 8 ～ 14 分の 1 の重量のモーター。燃料電池 EV の航続距離を延ばすための追加の重量は重要ではありませんが、バッテリー EV の重量は、より長い距離を移動するために急増します。重量の複合により、100 ～ 150 マイルを超えます。バッテリーが 1 キログラム増えるごとに、構造重量が増え、ブレーキが強化され、航続距離を延ばすために車両が大型化する必要があります。この追加の質量を動かすには、より多くのバッテリーが必要になる、より大きな牽引モーターなど。

燃料電池とバッテリーの効率

電気自動車の販売増加に対応して、リチウムイオン電池は過去 20 年間で大幅な改善を遂げてきました。 1990 年代半ばから 2000 年代半ばにかけて、リチウム イオン バッテリーのエネルギー密度は約 2 倍になりました。バッテリーを補充するために使用されるエネルギーが再生可能エネルギー源に由来する場合、グリッド送電損失を考慮に入れる必要があります。 EU を使用した送配電損失の平均値は 6% です。さらに、充電インフラストラクチャの効率は 1% しか低下しません。

生成された水素の輸送と貯蔵は、より大きなエネルギー損失をもたらします。水素は気体でも液体でも実密度が低いため、水素を十分に高いエネルギー密度にする必要があります。最も効果的な方法は、水素を 680 気圧に圧縮することですが、水素の全エネルギーの約 13% を消費します。

バッテリが DC で電気を蓄えている間、グリッドは AC 電力を供給します。変換には、95% のピーク効率を持つ充電器が必要です。さらに、電気自動車の大半は AC モーターを使用するため、インバーターが必要です。高品質のインバーターのピーク効率は 95% 近くになる可能性があります。リチウム イオン バッテリーも、漏れの結果としてエネルギーを失う可能性があります。充電効率は 90% 近くになると見積もることができます。

機能的な水素インフラストラクチャーは、水素が製造され貯蔵された後、製造元から使用場所まで水素を輸送できる必要があります。水素のコストと配送は、その製造場所によって大きく影響を受ける可能性があります。中心部に位置し、大量の水素を生産できるプラントは、より安価なコストで生産できますが、水素を最終目的地に運ぶための輸送コストは高くなります。最小限の輸送コストで、分散型生産ユニットは必要な場所で水素を生成できます。ただし、製造量が少ないと、製造コストが高くなります。タンクからホイールへの変換効率は、水素を使用する際の効率低下の一因となるもう 1 つの要因です。自動車が水素で走るためには、燃料電池を使ってタンク内の水素を電気に戻す必要があります。米国エネルギー省は、燃料電池技術の潜在的な効率は 60% であり、残りのエネルギーの大部分は熱として浪費されると推定しています。

プロセス全体の効率が高い最良のシナリオでは、自動車に電力を供給する最も効果的な方法は、バッテリー電気自動車を使用することです。とはいえ、燃料電池車はバッテリーに比べて、水素を満タンにすればもっと走れるかもしれません。エネルギー損失と、動力付きタンクを完全に充電するためのコストにより、非効率性が高くなるからです。水素の 1 キロメートルあたりのコストは 3 倍強です。

キロあたりの価格は、建物の支出や水素ステーションの利益などの追加費用によってさらに影響を受けます。投資と研究の大部分がバッテリー電気自動車に向けて進められている市場は、現在、前述のエネルギー損失と非効率性によって動かされています。