地球温暖化を阻止するための闘いにおいて、運輸業界と自動車業界は XNUMX つの主要なプレーヤーとなるでしょう。 したがって、世界の自動車メーカーは、将来に向けて、最もクリーンで、最も効率的で、最も費用対効果の高い選択肢を見つけようと努力しています。これにより、売上が確保できるからです。
現在の勝者は、主にリチウムイオン電池を搭載した電池式電気自動車（EV）です。 ただし、バッテリーには寿命や価格の制限など、多くの欠点があります。 これらの問題に対処するために、メーカーは代替品を探しています。 注目を集める選択肢の XNUMX つは、 水素燃料電池、でも電池よりも優れているのでしょうか？ この記事を読んで、あなたに合った適切なソリューションを見つけてください。
目次
バッテリーとは何ですか？
水素燃料電池とは何ですか?
電池と水素燃料電池: 違い
電池と水素燃料電池: どちらが優れていますか?
まとめ
バッテリーとは何ですか？
バッテリーは、エネルギーを貯蔵し、必要に応じて化学エネルギーを電気に変換することで放出できる装置です。 電気の放電は、XNUMX つまたは複数の電気化学セル内の化学反応を通じて実現されます。 これは、セル数が多いバッテリーほど、より多くの電力を放電できることを意味します。
電気化学セルはどのようにして電気を生み出すのでしょうか?
- 電気化学セルには XNUMX つの端子 (電極) があり、多孔質ブリッジを介して接続されています。
- 電極は、電解質として知られる化学物質を含むこの多孔質ブリッジを介して相互に電荷 (電子) を渡します。
- 負極/端子 (アノード) から電子が失われ、これらが電解質を通って正極/端子 (カソード) に通過するということは、一方の側からもう一方の側に電荷または電圧に差が生じ、その結果、電気の流れ。
バッテリーは充電式でも使い捨てでもよく、さまざまな材料で作ることができます。 最も一般的な材料には、アルカリ、リチウムイオン、リチウムポリマー、ニッケル水素などがあります。
電気化学セルの数に応じて、バッテリーはさまざまな用途に使用できます。たとえば、大きなバッテリーは電気自動車に電力を供給し、小さなバッテリーはランプやドリルに電力を供給するために使用できます。
水素燃料電池とは何ですか?
水素燃料電池は、電池と同様に、アノード、カソード、および電解質の多孔質ブリッジを備えています。 しかし、水素燃料電池は、化学エネルギーを使用するのではなく、酸素と水素原子の反応によって電気を生成し、唯一の副生成物が水であるため、これらを使用してエネルギーを生成することは無公害です。
水素電池はどのようにして電気を生み出すのでしょうか?
- 水素はアノード、つまりマイナス端子に供給され、酸素はカソード、つまりプラス端子に供給されます。
- アノードでは、水素原子がプロトン（正電荷）と電子（負電荷）に分離されます。
- プロトンはカソードに向かって電解質膜ブリッジを通過しますが、電子は別のルートをたどって電気を生成します。
- 陽子と電子は陰極で出会い、そこで酸素と結合して電気が発生し、副産物として熱と水が発生します。
水素燃料電池はクリーンですが、燃焼電池や化学電池に比べて出力が劣るため、機械、車両、その他の電子機器に動力を供給するのに十分な電力を生成するために、多くの水素燃料が積み重ねられます。
電池と水素燃料電池: 違い
効率化
現時点では、従来のバッテリーはより多くの電力を供給できるため、水素燃料電池よりも効率的です。 これが、テスラやBYDなどの大手EVメーカーが製造プロセスでバッテリーを使用し続ける主な理由のXNUMXつです。 ただし、十分な投資と研究があれば、これは変わる可能性があります。
水素燃料電池は、効率は低いものの、トラックや NASA ロケットなどの大型車両では最優先の選択肢です。 その主な理由は重量です。
重量とサイズ
バッテリーは重いため、大型長距離トラックやその他の大型車両に使用すると、この追加の重量がメリットを「上回る」可能性があります。 一方、水素燃料電池はよりコンパクトで軽量であり、より少ない質量でより多くのエネルギーを供給します。 これは、大型車両に採用すると重量が軽減され、航続距離が伸びることを意味します。 例を挙げると、航続距離 800 キロメートルのトラックは、バッテリーの代わりに水素燃料電池を使用した場合、重量が 2 トン削減されます。
毒性
水素燃料電池は、副産物として熱と水のみを生成し、有毒物質を含まないため、よりクリーンな選択肢です。 一方、バッテリーは廃棄するのが難しいことで知られています。 5% リサイクルされるリチウムイオン電池の数。 バッテリーにはコバルト、ニッケル、マンガンなどの有毒な金属成分が含まれており、埋め立て地で地中に漏れ出て水源を汚染することがよくあります。 さらに、寿命がわずか XNUMX 年と短いため (完全に放電したかどうかに応じて寿命はさらに短くなります) 維持）、水素燃料電池よりも多くの電池を生産する必要があるでしょう。
充電/給油インフラ
水素燃料電池は再充電の必要がなく、燃料の補給のみが必要です。 これは、バッテリーを充電するために何時間も待ったり、バッテリーが切れたときにバッテリーを交換したりする代わりに、ユーザーは単に燃料を補給するだけで済むことを意味します。これには 15 分かかります。 さらに、水素燃料電池は水素と酸素のみを必要とするため、燃料補給は費用対効果が高くなります。 ただし、水素は必ずしも簡単に入手できるわけではないため、アクセスのしやすさには課題が残っています。 これは、インフラストラクチャと投資の増加によって変わる可能性があります。
価格
バッテリーと水素燃料のコストは、価格だけでなく、メンテナンスコスト、充電/燃料補給時間、その他の同様の要因によっても決まります。 バッテリーのコスト、メンテナンスおよび/または交換のコストは依然として高い一方で、再充電時間は長いです。 一方、水素燃料電池は、燃料補給時間が短く、より軽量で長距離運転にも対応できるため、かなり費用対効果が高くなります。 しかし、これらの水素燃料の製造に必要な白金などの原材料のコストは高価です。
電池と水素燃料電池: どちらが優れていますか?
水素燃料電池のインフラが不足しており、電池についてはまだ革新の可能性があるため、現時点でどちらが優れているというわけではなく、将来的にはどちらが優れているかということはありません。
現在、水素燃料は、ロケット、列車、飛行機、船舶、さらには一部の建設車両などの大型車両にとってより良い選択肢であると考えられています。 これは、バッテリーよりも軽量で、長い充電時間を必要とせず、耐久性に優れているという事実のおかげです。 可動部品がないため、非常に静かであり、長距離の旅行に最適です。
しかし、国民の大多数が使用する小型車両では、依然としてバッテリーが好ましい選択肢です。 車、バイク、バンは長距離を継続的に移動することが想定されていないため、巨大なバッテリーは必要ありません。つまり、重量が軽くなり、充電時間が短くなります。 しかし、水素が路上でより簡単に入手できるようになり、主要な自動車メーカーが トヨタ、ヒュンダイ、ホンダ 水素燃料電池自動車を開発する。
まとめ
電池、特にリチウムイオン電池は今日でもEV製造のトップの座を保っていますが、再生不可能な鉱物への依存により、この電源の終わりは避けられません。 水素燃料電池技術は、まだ開発中であり、現時点ではリチウムイオン電池よりも高価ですが、クリーンで柔軟性があり、 効率的なエネルギー.
これらの特性のおかげで、化石燃料への依存を抑制し、排出量を削減するという世界政府の目標と並行して、近い将来、水素燃料電池自動車がバッテリー駆動の EV に取って代わると予想されています。 投資の増加と技術の進歩により、水素燃料電池の効率が向上し、その評価額は 十億ドル 2023 年までに、 1.9年には2021億米ドル.
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