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企業趨勢

理大研發氨動力燃料電池系統 解決鋰電池續航+成本問題

2020 年日本豐田汽車發佈過應用在電動車上的氫氣燃料電池(FC)系統。無論在續航、成本以及效能都比現時電動車使用的鋰電池優勝。但有「港產電動車之父」之稱的理工大學電機及工程學系鄭家偉教授及其團隊,最近就研發了氨動力燃料電池系統,比氫更安全及低成本。

氫氣儲存限制多

理工大學電機及工程學系鄭家偉教授解釋,氫氣要在車內儲存,需要較高的壓力,平時使用時大約 700 bar,至於一些普通系統,可能要大約 300 bar。這麼高壓的情況下,氫氣樽需要特別設計,成本亦較高。除此之外,換氫氣樽或加氣都需要非常留意,因為不是普通機件能做到,需要特別設計的器件,成本比較昂貴。

另一個考量,是氫氣屬危險燃燒品,儲存上很多地方都有限制,消防處也不批准在同一地方擺放大量氫氣樽。如果街站擺放很多氫氣樽會有危險,變相法例上有問題需要處理。另外,車用的話,如果存放很多氫氣樽過隧道或天橋,許多法例都不容許;試想想,萬一氫氣樽發生意外,整條隧道爆炸就很難處理了。因此很多地方,特別是香港,都不容許氫氣車進入隧道,也就是說解決不了氫氣運用在電動車上的問題,所以一定要把氫氣存量減至最低。

氨動力氨動力燃料電池系統透過開發能源組件的高效轉換技術,將氨能源轉化成氫後變成燃料電池推動電動車,目標是為電動車提供一個更高效能的儲電效能電池,以及達到真正零排放。(圖解由香港理工大學提供)

氨動力系統升級成本低

他表示,今次的個方案能夠解決上述問題。他解釋,氫氣來源並非來自儲存,而是根據用量而釋放,通過燃料電池再產生動力。另外在燃料電池輸出就會到電摩打,還有一個細小的電池用作儲能,令整個流量較穩定。變相就算氨氣不穩定,都有電池作穩定效果,比電摩打更易行車,更加舒服,就能解決整個危險問題。這項技術應用在電動車的話,車主就不再需要花時間充電,當車內氨氣樽用盡時就更換或者加氣,繼續行走。

比較現時電動車使用的鋰電池與今次研發的氨動力燃料電池系統,成本上也有相當大分別。鄭家偉教授解釋,電動車主要的成本是電池,而電池佔電動車重量及成本的一半;電池主要是運用鋰及鈷這兩種金屬,但這兩種金屬的成本不斷提升,而地球的藴藏量亦不是這麼多。針對運用氨氣來說,未來就只需要加氣,把現今的加氣站改裝。而因為壓力較低,只需要大約 8 Bar,與普通的石油氣車加氣換樽相當接近,所以現今所有的油站或加氣站也不難轉成氨氣加氣站。

研究運用氨氣樽取代鋰電池,鄭教授預計一架私家車用的氨氣樽約一米高,每支可以行走約二百公里,不斷換氨氣樽及加氨氣樽的話就能增加續航力,而車內擺放的氨氣樽數量亦可彈性處理。

實際應用可行性高

油站或加氣站如果要運用氫氣的話會比較困難,畢竟氫氣需要大約 700 Bar,即 700 倍大的氣壓力,根本現有設施未能應付得到,一定需要重新改裝現有設施,這樣做成本較高,建設費較貴。如果運用氨氣就較簡單,為汽車充氣不需要安裝許多設施,只需要用上氨氣樽。而氨氣樽儲存能量較高,每次充氣、充能量或改樽,只要一兩分鐘就能完成,是比較適合未來的發展方案。

鄭教授續指,今次研究應用在高爾夫車機成本約十多萬,預計隨著零件成本下降及氨氣容易提取,應用的成本亦會再下降。

理工大學電機及工程學系鄭家偉教授(右)指下一階段會以電動小巴為應用方案,針對能量轉換的效率、穩定性、成本以及分析行車情況,對於系統擺放在電動車的影響繼續發展。


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Antony Shum

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