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基本信息

項(xiàng)目名稱：
光-氫-電燃料電池車模
小類：
能源化工
簡介：
本參賽作品以太陽能光伏發(fā)電、電解水制氫及燃料電池技術(shù)為核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了太陽能光電轉(zhuǎn)換—電解水制氫—?dú)淠茉慈剂想姵亍娏︱?qū)動的燃料電池車模型。本作品設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)緊湊、是光-氫-電三能的電動車，充分體現(xiàn)出使用可再生能源、新能源和動力的環(huán)保主題和可持續(xù)發(fā)展的理念。
詳細(xì)介紹：
作品利用太陽能電解普通水來制氫，電解效率高達(dá)80%，無污染；燃料電池電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)70%，和氧氣反應(yīng)后排放物為水，真正實(shí)現(xiàn)了零排放；在燃料氫氣儲存方面有創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了儲水、儲氣、供氣一體化結(jié)構(gòu)。 太陽能電解水制得純度為99%的氫氣并供給燃料電池產(chǎn)生1V左右的電能，通過電機(jī)和齒輪最后驅(qū)動車模行走；儲氣裝置滿足儲水、氫氣和供氫氣的要求。本作品可作為中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，市場前景廣闊；同時(shí)，本作品將光能、氫能以及電能有機(jī)地結(jié)合在一起，光-氫-電一體化的設(shè)計(jì)思路對今后燃料電池車的發(fā)展方向具有重要的意義。

作品圖片

  • 光-氫-電燃料電池車模
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  • 光-氫-電燃料電池車模

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)目的： 本作品——光-氫-電燃料電池車模，零污染、零排放、高效率，滿足環(huán)保節(jié)能的理念；符合開發(fā)利用可再生能源和清潔能源社會發(fā)展的主題；同時(shí)可為汽車設(shè)計(jì)制造行業(yè)提供一個新的觀念與方法。 基本思路： 本作品通過太陽能電板吸收光能通過光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電能。電能提供給電解水模塊能量，進(jìn)而電解水，產(chǎn)生氫氣和氧氣，并通過量筒儲存氣體。小車需要能量時(shí)，將氫氣和氧氣導(dǎo)入并儲存于儲氣罐中預(yù)驅(qū)動小車運(yùn)動，將其壓入質(zhì)子交換膜燃料電池中，轉(zhuǎn)化為電能。電能帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動小車運(yùn)動。 創(chuàng)新點(diǎn)： 儲氣通過連通器排水儲氣裝置，儲存氣體純凈，且可精確控制氣體使用量。裝置組裝方便，簡單易操作;PEMFC燃料電池，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可兩棲使用；車體材料選用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），經(jīng)濟(jì)環(huán)保，車底結(jié)構(gòu)簡單容易激光切割成型，且各部件之間采用膠接，易組裝；整個系統(tǒng)有效結(jié)合加氫站與車身兩部分，更好得解決太陽能不穩(wěn)定、間歇，難以控制的缺點(diǎn)，通過氫氧蓄能轉(zhuǎn)換為可穩(wěn)定連續(xù)供給，可控制利用的能量。 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)： 太陽能電解水制得純度為99%的氫氣并供給燃料電池產(chǎn)生1V左右的電能，電解效率高達(dá)80%；燃料電池電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)70%，反應(yīng)后排放物為水；通過電機(jī)和齒輪最后驅(qū)動車模行走；儲氣裝置滿足儲水、氫氣和供氫氣的要求。

科學(xué)性、先進(jìn)性

作品先進(jìn)性： 本作品利用太陽能制氫，進(jìn)而由氫氧反應(yīng)產(chǎn)生的電能帶動小車運(yùn)動。作品選材環(huán)保，是一輛使用可再生能源太陽能，并實(shí)現(xiàn)零排放、零污染、高效率的光-氫-電三能一體化的燃料電池汽車模型。 技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步： 太陽能電池提供電解水所需能量：利用光伏效用將照射在電池板上的光能轉(zhuǎn)化為電能； 利用PEM水電解器電解水：PEM水電解器體積小、效率高、工作溫度低；生成的氫氣純度高達(dá)到90%以上； PEMFC燃料電池為動力源：能在常溫下使用，電流大、壽命長、體積小、啟動快、能量轉(zhuǎn)換效率高；水電解出的氫氣為燃料，實(shí)現(xiàn)零污染排放； 電池車模設(shè)計(jì)合理：車體采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于組合與組裝；車身采用環(huán)?？苫厥盏挠袡C(jī)玻璃，具有重量輕、抗腐蝕、加工工藝性好、透明材質(zhì)有利于觀察原理的特點(diǎn)；車體結(jié)構(gòu)合理，滿足強(qiáng)度要求，行駛平穩(wěn)。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

2009年3月某校第二屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利、產(chǎn)品

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品；模型；圖紙；現(xiàn)場演示；圖片；錄像；樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

本作品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、設(shè)計(jì)原理新穎，能充分體現(xiàn)出可再生能源、綠色能源的環(huán)保主題，對于注重可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)今世界具有不可估量的應(yīng)用價(jià)值。 適應(yīng)范圍： 可作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器。目前“燃料電池”、“水電解反應(yīng)”等知識點(diǎn)已被明確加入到中小學(xué)化學(xué)課本。素質(zhì)教育體制下的教育理念逐步傾向于知識傳授與能力培養(yǎng)、理論知識與實(shí)踐創(chuàng)新緊密結(jié)合起來。本車模因其新穎獨(dú)特的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)不僅使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，同時(shí)也會有助于課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時(shí)，光-氫-電一體化的設(shè)計(jì)思路對今后燃料電池車的發(fā)展方向具有重要的指導(dǎo)意義。 市場分析： 根據(jù)對江蘇省13個大中小城市的市場問卷調(diào)查結(jié)果顯示：平均每個縣、市對燃料電池車模感興趣的學(xué)校9所，保守預(yù)計(jì)每所學(xué)校購入數(shù)量為20輛，車模的市場售價(jià)初定800元/套，成本約400元/套，即僅江蘇省市場經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)93.6萬元。同時(shí)，在立足于教學(xué)實(shí)驗(yàn)市場的前提下，我們可涉足每個城市的科技館，以其先進(jìn)的技術(shù)和獨(dú)特的外觀吸引更多的客戶，逐步拓寬產(chǎn)品市場。

同類課題研究水平概述

當(dāng)前，各國汽車廠商都在加緊研制以氫為能源的燃料電池車，它真正實(shí)現(xiàn)零排放、零污染、效率高的戰(zhàn)略目標(biāo)。隨著催化劑成本大幅降低、價(jià)格低廉的質(zhì)子交換膜的開發(fā)及制造成本降低，各國汽車開發(fā)商相信PEMFC電動汽車是未來汽車發(fā)展的方向，紛紛投入巨資進(jìn)行研究和整車開發(fā)，各地區(qū)的主要情況如下： （1）美國：作為世界第一大汽車制造商，通用一直致力于FCEV的開發(fā)。1998年推出小型箱式車Zafira，到2002年已發(fā)展到HydroGen3，該車型裝載94kW的PEMFC，以液氫為燃料，一次填充可行駛400km，最高車速160km/h。 （2）歐洲：戴姆勒－克萊斯勒（DCX）在FCEV領(lǐng)域一直是世界領(lǐng)先的制造商。旗下的戴姆勒－奔馳從1990年開始研究燃料電池技術(shù)，1994年DB與Ballard合作推出了第一輛FCEV車型NECAR 1。它采用MB190廂式車體，裝載Ballard生產(chǎn)的50kW質(zhì)子交換膜燃料電池，一次填充燃料續(xù)駛里程為130km，最高車速為90km/h。 （3）中國：2001年科技部開始組織實(shí)施以燃料電池汽車為重要內(nèi)容的“電動汽車重大科技專項(xiàng)”，國家投入近9億元，由上汽集團(tuán)和同濟(jì)大學(xué)等21所單位組建的上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司承擔(dān)了國家電動汽車重大科技專項(xiàng)燃料電池轎車整車項(xiàng)目“超越一號”的課題。第一代轎車用燃料電池發(fā)動機(jī)由上海神力科技有限公司研制，于2002年12月通過專家組驗(yàn)收。2006年12月，第四代超越—榮威”成功裝配，最高時(shí)速達(dá)150km/h，且0～100km/h加速時(shí)間從19秒提高到15秒，一次加氫可持續(xù)行駛300km。2008年北京奧運(yùn)會上已成功使用氫能燃料電池專用大巴，同時(shí)在2010 年上海世界博覽會上燃料電池汽車也有望真正投入運(yùn)營。 而與此同時(shí)，通過查新（200932NT513224），本作品光-氫-電燃料電池車模將太陽能、氫能、電能三能一體化的設(shè)計(jì)思路,在國內(nèi)尚屬首例。尤其是以其新穎獨(dú)特的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)，作為學(xué)校實(shí)驗(yàn)儀器推廣應(yīng)用，不僅可以使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，同時(shí)也有助于課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有廣泛的市場前景。其次，本作品對今后燃料電池車的發(fā)展方向具有重要的指導(dǎo)意義。目前，本作品已申請了國家發(fā)明專利（專利申請?zhí)枺?00910032933.8）。
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