Эффективность литий-ионных батарей пор сравнению с водородными топливными элементами

Сегодня некоторые вилочные электропогрузчики работают от водородных топливных элементов, а не от аккумуляторных батарей. Эта технология считается перспективной, экологически безопасной, но насколько хорошо она подходит для вилочных погрузчиков? Может ли она конкурировать с литий-ионными батареями?

Принцип работы водородных топливных элементов

Они вырабатывают электричество благодаря электрохимической реакции между водородом и кислородом. В топливной ячейке находятся два электрода, к отрицательному электроду (аноду) поступает водород, а к положительному электроду (катоду) — воздух. В результате химической реакции на аноде молекулы водорода лишаются электронов, которые поступают во внешнюю цепь для получения электричества, а положительно заряженный водород перемещается от анода к катоду. Кислород из воздуха на катоде соединяется с ионами водорода и электронами, в результате чего образуются вода и тепло.

Для производства водорода с нулевыми выбросами используется процесс электролиза, при котором теряется 20-30% энергии. На сжатие и хранение теряется еще 10%. Наконец, еще 30% энергии затрачивается при преобразовании в электричество. В итоге остается 30-40% от первоначально использованной энергии.

Плотность энергии водорода составляет 142 МДж/кг, что больше, чем у сниженного газа (55,5 МДж/кг), дизельного топлива (48 МДж/к), бензина (46,4 МДж/кг). Однако хранить водородное топливо в ограниченном пространстве сложно:

Его нужно хранить в виде газа или жидкости.
Для газа требуются резервуары высокого давления.
Жидкое состояние требует сверхнизких (криогенных) температур.

Водород также необходимо изолировать, поскольку он легко соединяется с другими элементами. Процесс изоляции дорогостоящий и энергозатратный, поэтому небольшим или средним предприятиям хранить водород невыгодно.

Если предприятие делает выбор в пользу топливных элементов, то водород нужно либо перевозить в цистернах, либо вырабатывать на месте. Перевозка транспортом может быть обременительной. Производство на месте снижает затраты, но требует огромных инвестиций в инфраструктуру.

Чем хороши литий-ионные батареи

Топливные элементы способны работать всю смену до необходимости заправки, однако затраты энергии на километр пути в 3 раза больше, чем у литий-ионных батарей, энергоэффективность ячеек которых около 99%.

Преимущество топливных элементов заключается в коротком времени дозаправки, что позволяет операторам быстрее вернуться к работе. Но за это преимущество приходится расплачиваться, поскольку эксплуатационные расходы значительно выше. С другой стороны, литий-ионные батареи можно заряжать во время перерывов и обедов при минимальных затратах на обслуживание.

При использовании Li-ion аккумуляторов не нужно беспокоиться о специальных условиях хранения, необходимых для водорода. Их можно заряжать в любом месте, что высвобождает производственные площади.

Основные причины выбора

Топливные элементы повышают производительность за счет снижения времени простоев. Большинство аккумуляторных погрузчиков требуют замены батареи, как только она разряжается. У оператора два варианта: ждать перезарядки либо заменять батарею, что занимает до 30 минут. За целый день время простоев увеличится, если подзарядок или замен несколько. По мере старения литий-ионных аккумуляторов их емкость сокращается, а время простоев возрастает. Вилочные погрузчики на водороде заправляются менее 5 минут, а по производительности не уступают машинам с двигателями внутреннего сгорания.

С другой стороны, литий-ионные батареи простые в эксплуатации, не требуют значительных расходов на инфраструктуру, безопасность и хранение. Они снижают эксплуатационные расходы и энергопотребление. Самое приятное, что их можно установить на любой электропогрузчик.