Wasserstoff-Brennstoffzellen und -Batterien auf dem Markt für schwere Nutzfahrzeuge!
Neue Methoden zur Modellierung der Brennstoffzellenleistung könnten die Technologie erheblich verbessern, sagt Hyzon-CTO Shinichi Hirano
Der Wasserstoffökonom Vincent Lauerman interviewte Hyzons Chief Technology Officer Shinichi Hirano, um den Wettbewerbszustand zwischen Wasserstoff-Brennstoffzellen und -Batterien auf dem Markt für schwere Nutzfahrzeuge sowie die Aussichten für den G3 Titan Stack zu ermitteln. Hirano ist 30-jähriger Veteran der Brennstoffzellentechnologie in der Automobilindustrie und leitete während seiner 17 Jahre beim Fahrzeughersteller Ford Motor Company die Ford-Daimler-Brennstoffzellenallianz.
Wann eignen sich schwerere Fahrzeuge besser für den Betrieb mit Wasserstoff als mit Batterien und warum?
Hirano: Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) weisen einen erheblichen Vorteil gegenüber Batteriebetrieb für schwere und mittelschwere Lkw-Anwendungen auf. Wasserstoff hat eine deutlich höhere Energiedichte als Batterien, ein Vorteil, der eine größere Reichweite und höhere Nutzlasten ermöglicht. Zum Beispiel ist ein Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antriebsstrang mehr als 2 t leichter als ein Batterieantriebsstrang für einen Lkw mit einer Reichweite von 500 Meilen.
Außerdem ist die Betankungszeit von Wasserstoff deutlich kürzer als die Batterieladezeit. Dies macht es für stark ausgelastete Fahrzeuge geeignet, die 2-3 Schichten pro Tag laufen und wenig Ausfallzeiten zum Laden haben. Ein Wasserstoff-FCEV benötigt zum Betanken Minuten ? bis zu 15 Minuten für einen Lkw der Klasse 8 ?, während ein Elektrofahrzeug Stunden zum Aufladen braucht.
Schließlich reagieren FCEVs weniger empfindlich auf kalte Temperaturen als batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs). Bei kalten Temperaturen kann die Reichweite von BEVs stark reduziert werden.
Welche Lebensdauer haben Brennstoffzellen im Vergleich zu Batterien?
Hirano: Die erwartete Lebensdauer von Brennstoffzellen beträgt etwa 20.000 Stunden für ein weniger aggressives Nutzungsprofil wie den stationären Betrieb, aber die Lebensdauer der Brennstoffzellen hängt stark vom Betriebsprofil ab. Hyzon arbeitet daran, eine Lebensdauer von 20.000 Stunden unter einem realistischeren Betriebsprofil zu erreichen. Ein Apfel-zu-Äpfel-Vergleich mit der Akkulaufzeit ist schwierig, da diese in Ladezyklen gemessen wird.
Unterscheiden sich ihre Probleme am Lebensende? Wenn ja, wie?
Hirano: Die Fragen zum Lebensende sind unterschiedlich. Bei Brennstoffzellen ist das Hauptproblem der Leistungsabfall, der die maximale Leistung und Effizienz der Brennstoffzelle allmählich senkt. Eine typische Ursache für den Abbau ist der Abbau des Katalysators, einschließlich der Auflösung des Platinkatalysators.
Hyzon verfolgt mehrere technische Ansätze, um die Lebensdauer von Brennstoffzellen zu verbessern. Wir arbeiten daran, unsere Materialien robuster und langlebiger zu machen und setzen eine systemische Minderungsstrategie ein, um Stressfaktoren zu berücksichtigen und letztendlich die Lebensdauer zu verbessern, ohne exotische Materialien zu verwenden.
Akkus hingegen verlieren mit der Zeit an Kapazität. In einigen Fällen beträgt die Energiedichte am Ende der Lebensdauer einer Batterie ungefähr die Hälfte ihrer ursprünglichen Dichte.
Gibt es potenzielle bahnbrechende Entwicklungen in der Technologie am Horizont?
Hirano: Ja. Die nanoskalige Visualisierung von Brennstoffzellen durch Synchrotron-Röntgentomographie und computergestützte Fluiddynamik-Techniken ermöglicht den Zugriff auf detailliertes Verhalten am Brennstoffzellen-Reaktionsort, der verwendet wird, um die Struktur und Materialeigenschaften von Elektroden zu entwerfen. Dieses modellbasierte High-Fidelity-Engineering könnte zu einer bahnbrechenden Weiterentwicklung werden.
Ein weiterer potenzieller Game-Changer könnte die Einführung von Geräten mit künstlicher Intelligenz sein, die eine modellbasierte Steuerung und die Vorhersage des zukünftigen Hydratationszustands ermöglichen, um die Betriebsbedingungen zu optimieren, um Ausfälle zu vermeiden ? und schließlich die Lebensdauer und Leistung zu verbessern.
Gegenwärtig sind die Kapitalkosten von Wasserstoff-FCEVs wesentlich höher als die von dieselbetriebenen. Was braucht es, um die Lücke zu schließen?
Hirano: Kunden von Nutzfahrzeugen sind sich der Gesamtbetriebskosten (TCO) und nicht der Kapitalkosten von Fahrzeugen bewusst. Diese Gesamtbetriebskosten werden hauptsächlich durch die Kraftstoffkosten über die Lebensdauer des Fahrzeugs bestimmt. Hyzon entwickelt Brennstoffzellen-Fahrzeugtechnologie und den Zugang zu kostengünstigem Wasserstoff durch lokale, technologieunabhängige Produktion und Verteilung.
Wie unterstützt Ihr G3 Titan Stack diese Bemühungen?
Hirano: G3 ist Hyzons Brennstoffzellentechnologie der nächsten Generation und wurde entwickelt, um Effizienz, Haltbarkeit und Leistungsdichte zu verbessern, um unseren Kunden eine CO2-neutrale Lösung und TCO-Vorteile zu bieten. Sie hat die höchste Priorität in der F&E-Arbeit von Hyzon.
Unsere G3-Technologie unterstützt den Brennstoffzellenstack, die Zellsystemarchitektur und die Systemsteuerung. Unter Verwendung von G3 wird das Systemdesign von Hyzon in der Lage sein, eine höhere Leistung (200-310 kW) zu geringeren Kosten zu erreichen.
Welche technologischen Entwicklungen haben es dem G3 ermöglicht, die weltweit höchste Leistungsdichte für einen PEM-Brennstoffstapel zu erreichen?
Hirano: Hyzon strebt nicht nur die weltweit höchste Leistungsdichte an, sondern auch Reife ? insbesondere Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Systemeffizienz bei den G3-Technologien. Neben anderen Innovationen verwendet G3 Titanmetallplatten, um die Zelle dünner und leichter zu machen. Titan ist sowohl korrosionsbeständig als auch an unserem Beschichtungsmaterial haftend, was es zu einem wichtigen Faktor zur Verbesserung der Dichte macht.
https://hyzonmotors.com/...-batteries-in-the-heavy-duty-truck-market/
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