基本信息
- 项目名称：
- 光-氢-电燃料电池车模
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本参赛作品以太阳能光伏发电、电解水制氢及燃料电池技术为核心技术，实现了太阳能光电转换—电解水制氢—氢能源燃料电池—电力驱动的燃料电池车模型。本作品设计新颖、结构紧凑、是光-氢-电三能的电动车，充分体现出使用可再生能源、新能源和动力的环保主题和可持续发展的理念。
- 详细介绍：
- 作品利用太阳能电解普通水来制氢，电解效率高达80%，无污染；燃料电池电转换效率高达70%，和氧气反应后排放物为水，真正实现了零排放；在燃料氢气储存方面有创新，实现了储水、储气、供气一体化结构。 太阳能电解水制得纯度为99%的氢气并供给燃料电池产生1V左右的电能，通过电机和齿轮最后驱动车模行走；储气装置满足储水、氢气和供氢气的要求。本作品可作为中学实验教学仪器，市场前景广阔；同时，本作品将光能、氢能以及电能有机地结合在一起，光-氢-电一体化的设计思路对今后燃料电池车的发展方向具有重要的意义。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的： 本作品——光-氢-电燃料电池车模，零污染、零排放、高效率，满足环保节能的理念；符合开发利用可再生能源和清洁能源社会发展的主题；同时可为汽车设计制造行业提供一个新的观念与方法。 基本思路： 本作品通过太阳能电板吸收光能通过光电转换，产生电能。电能提供给电解水模块能量，进而电解水，产生氢气和氧气，并通过量筒储存气体。小车需要能量时，将氢气和氧气导入并储存于储气罐中预驱动小车运动，将其压入质子交换膜燃料电池中，转化为电能。电能带动电机运转，进而驱动小车运动。 创新点： 储气通过连通器排水储气装置，储存气体纯净，且可精确控制气体使用量。装置组装方便，简单易操作;PEMFC燃料电池，环境适应性强，可两栖使用；车体材料选用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），经济环保，车底结构简单容易激光切割成型，且各部件之间采用胶接，易组装；整个系统有效结合加氢站与车身两部分，更好得解决太阳能不稳定、间歇，难以控制的缺点，通过氢氧蓄能转换为可稳定连续供给，可控制利用的能量。 关键技术指标： 太阳能电解水制得纯度为99%的氢气并供给燃料电池产生1V左右的电能，电解效率高达80%；燃料电池电转换效率高达70%，反应后排放物为水；通过电机和齿轮最后驱动车模行走；储气装置满足储水、氢气和供氢气的要求。
科学性、先进性
- 作品先进性： 本作品利用太阳能制氢，进而由氢氧反应产生的电能带动小车运动。作品选材环保，是一辆使用可再生能源太阳能，并实现零排放、零污染、高效率的光-氢-电三能一体化的燃料电池汽车模型。 技术特点和显著进步： 太阳能电池提供电解水所需能量：利用光伏效用将照射在电池板上的光能转化为电能； 利用PEM水电解器电解水：PEM水电解器体积小、效率高、工作温度低；生成的氢气纯度高达到90%以上； PEMFC燃料电池为动力源：能在常温下使用，电流大、寿命长、体积小、启动快、能量转换效率高；水电解出的氢气为燃料，实现零污染排放； 电池车模设计合理：车体采用模块化结构，便于组合与组装；车身采用环保可回收的有机玻璃，具有重量轻、抗腐蚀、加工工艺性好、透明材质有利于观察原理的特点；车体结构合理，满足强度要求，行驶平稳。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年3月某校第二届大学生课外学术科技作品竞赛特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利、产品
作品可展示的形式
- 实物、产品；模型；图纸；现场演示；图片；录像；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品结构创新、设计原理新颖，能充分体现出可再生能源、绿色能源的环保主题，对于注重可持续发展的当今世界具有不可估量的应用价值。 适应范围： 可作为实验教学仪器。目前“燃料电池”、“水电解反应”等知识点已被明确加入到中小学化学课本。素质教育体制下的教育理念逐步倾向于知识传授与能力培养、理论知识与实践创新紧密结合起来。本车模因其新颖独特的设计原理和结构不仅使学生产生浓厚的兴趣，同时也会有助于课堂实验教学。同时，光-氢-电一体化的设计思路对今后燃料电池车的发展方向具有重要的指导意义。 市场分析： 根据对江苏省13个大中小城市的市场问卷调查结果显示：平均每个县、市对燃料电池车模感兴趣的学校9所，保守预计每所学校购入数量为20辆，车模的市场售价初定800元/套，成本约400元/套，即仅江苏省市场经济效益可达93.6万元。同时，在立足于教学实验市场的前提下，我们可涉足每个城市的科技馆，以其先进的技术和独特的外观吸引更多的客户，逐步拓宽产品市场。
同类课题研究水平概述
- 当前，各国汽车厂商都在加紧研制以氢为能源的燃料电池车，它真正实现零排放、零污染、效率高的战略目标。随着催化剂成本大幅降低、价格低廉的质子交换膜的开发及制造成本降低，各国汽车开发商相信PEMFC电动汽车是未来汽车发展的方向，纷纷投入巨资进行研究和整车开发，各地区的主要情况如下： （1）美国：作为世界第一大汽车制造商，通用一直致力于FCEV的开发。1998年推出小型箱式车Zafira，到2002年已发展到HydroGen3，该车型装载94kW的PEMFC，以液氢为燃料，一次填充可行驶400km，最高车速160km/h。 （2）欧洲：戴姆勒－克莱斯勒（DCX）在FCEV领域一直是世界领先的制造商。旗下的戴姆勒－奔驰从1990年开始研究燃料电池技术，1994年DB与Ballard合作推出了第一辆FCEV车型NECAR 1。它采用MB190厢式车体，装载Ballard生产的50kW质子交换膜燃料电池，一次填充燃料续驶里程为130km，最高车速为90km/h。 （3）中国：2001年科技部开始组织实施以燃料电池汽车为重要内容的“电动汽车重大科技专项”，国家投入近9亿元，由上汽集团和同济大学等21所单位组建的上海燃料电池汽车动力系统有限公司承担了国家电动汽车重大科技专项燃料电池轿车整车项目“超越一号”的课题。第一代轿车用燃料电池发动机由上海神力科技有限公司研制，于2002年12月通过专家组验收。2006年12月，第四代超越—荣威”成功装配，最高时速达150km/h，且0～100km/h加速时间从19秒提高到15秒，一次加氢可持续行驶300km。2008年北京奥运会上已成功使用氢能燃料电池专用大巴，同时在2010 年上海世界博览会上燃料电池汽车也有望真正投入运营。 而与此同时，通过查新（200932NT513224），本作品光-氢-电燃料电池车模将太阳能、氢能、电能三能一体化的设计思路,在国内尚属首例。尤其是以其新颖独特的设计原理和结构，作为学校实验仪器推广应用，不仅可以使学生产生浓厚的兴趣，同时也有助于课堂实验教学，具有广泛的市场前景。其次，本作品对今后燃料电池车的发展方向具有重要的指导意义。目前，本作品已申请了国家发明专利（专利申请号：200910032933.8）。
