鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年03月07日
氫能與燃料鋰電池汽車的發展空間
氫能的發展歷史并不短,然而限于其發展路線(目前仍以商用為主),與普通消費者的直接接觸并不多。然而隨著在新能源汽車的蓬勃發展,無論政策層面還是汽車廠家、供應商都對氫燃料鋰電池這一技術路線愈發重視,未來這種汽車將會以何種形式走進人們的出行生活呢?
原理:又有燃料又有電池?
圓滾滾的儲氫罐很容易讓人聯想到國內諸多城市加天然氣的出租車。但本質上講,氫燃料鋰電池汽車(HydrogenFuelcellvehicle-FCEV)是電動汽車的一種——驅動輪子的不是內燃機而是電動機,在這一點上,燃料鋰電池汽車與鋰離子電池汽車是一樣的。
因此,氫燃料鋰電池車的靈魂部分在于燃料鋰電池,它相當于一個小型發電機,車輛攜帶的氫與空氣中的氧在其中依靠化學反應產生電力推動電機。基本原理是電解水的逆反應,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應后,放出電子通過外部的負載到達陰極。雖然中文稱為“燃料鋰電池”,但并不是氫氣和氧氣混在一起燃燒。
儲氫罐儲存氫氣,燃料鋰電池發電,電機驅動輪子。這便是氫燃料鋰電池汽車的基本模式。
當然,現在很多氫燃料鋰電池汽車也會搭配高壓鋰離子電池一起供應動力,其模式與現有的混動或增程式電動汽車類似,以應對某些特殊使用場景,提升車輛性能。
例如本次參展的現代氫燃料鋰電池車NEXO,其燃料鋰電池作為動力的重要部分,位于車輛后方的1.6kWh的高壓鋰離子電池則重要負責燃料鋰電池的啟動、車輛起步、其他零部件的供電,以及適時介入動力系統與燃料鋰電池一起供應更強的動力。
在燃料鋰電池汽車的研發經驗上,日本和韓國都有著不錯的積累。政府和公司都足夠重視,豐田的第一代氫燃料鋰電池車型Mirai自2014年底上市以來,銷量已超過1萬(對氫燃料鋰電池汽車來說已經是非常不錯的成績了),而豐田也計劃在2020年推出Mirai第二代車型。而韓國總統文在寅(MoonJae-in)更是將氫能稱為國家“未來的面包和黃油”,并規劃了具體的發展路線圖。
優勢與不足
作為新能源汽車的一支異軍,氫燃料鋰電池汽車號稱新能源汽車的“終極解決方案”,除了其在排放方面的優勢(發電過程只生成水,沒有任何其他排放),鋰離子電池的重要不足在氫燃料鋰電池這里似乎都不再是問題。
首先是續航。隨著技術的不斷發展,儲氫罐的安全性和體積都得到了優化,這也為其從商用車向乘用車發展供應了可能。例如NEXO配備了三個同型號的儲氫罐,國際標準70Mpa壓力下可裝2公斤左右的氫氣,官方測試結果顯示加滿氫氣狀態下NEDC續航可達866公里。擺脫了電池重量和體積的包袱,氫燃料鋰電池汽車將來提升續航能力的難度也要遠小于鋰離子電池汽車。
此外,氫燃料鋰電池車在整車重量的控制上也更占優勢,從另一個角度優化了續航能力。
其次是補能時間。一般來說,氫燃料鋰電池汽車加滿氫氣所需時間為3-5分鐘,遠低于鋰離子電池汽車充電時間。不可否認目前加氫環節以及加氫站數量還有待發展,但沒有太多技術上的難度和沖突。
第三,極端條件下的使用及損耗。低溫是鋰離子電池的一大殺手,而氫燃料鋰電池的續航能力則不會受溫度影響。另外,在一些高原地區,氫燃料鋰電池汽車也可以在空氣壓縮機的調整下正常行駛,對地域有著極強的適應性。而電量衰減問題同樣不存在,其氫燃料鋰電池系統的耐用性可達16萬公里/10年。
第四,得益于特殊的能量轉換性質(直接將化學能轉換為電能,不要經過熱能和機械能的中間變換),燃料鋰電池的發電效率可以達到50%以上,這是鋰離子電池和傳統汽油、柴油都無法比擬的。
正如其顯而易見的優勢,氫燃料鋰電池車的劣勢也很明顯,重要集中在車輛制造成本、氫氣制造及運輸、配套設施建設、政策跟進等方面。而這些明顯的優勢和劣勢也決定了氫燃料鋰電池車目前非常對使用場景非常挑剔。最適合、最先普及的可能仍是中重型、遠距離交通運輸或固定路線等場景。
例如在韓國和日本,氫燃料鋰電池大巴都曾作為冬奧會等大型活動的穿梭車亮相。
由于貴金屬催化劑的使用和不成規模,燃料鋰電池造價也一直居高不下。氫氣的制造和運輸更是要考慮成本、節能、政策、模式等多方面的因素。無論技術突破還是整個產業的發展都非短時間內能完成的。
普及路漫漫
2019年的國際氫能與燃料鋰電池汽車大會圍繞氫能及燃料鋰電池技術市場化應用、燃料鋰電池堆和關鍵零部件、制儲氫技術、加氫基礎設施建設、政策標準法規、市場投資等熱點話題展開交流。而這些熱點也正對應了氫燃料鋰電池汽車普及發展的諸多難點。
目前來看,政策是支持的。《我國氫能產業基礎設施藍皮書》中提到,2030年國內將建成加氫站1000座,氫燃料鋰電池車達到100萬輛。而2019年的《政府工作報告》中也首次寫入氫能源,要求推動充電、加氫等基礎設施建設。然而無論國內市場還是國外市場,氫能的發展都面對“冷啟動”的問題,在形成規模效應之前,巨大的投入和風險由誰來承擔?或者說誰有能力承擔?在某些場景下若有效果類似的替代方案(如鋰離子電池汽車),那么是否還有必要投入巨大的資金來建設這一體系?
因此,在未來很長時間內,氫燃料鋰電池技術與其他技術路線,并不會是你死我活的競爭關系,各自的優勢和不足決定了它們將長期處于共存互補的狀態。而且多樣化的發展也許就孕育著更加完善的解決方案。
雖然總講魚與熊掌不可兼得,但用戶所期盼的永遠是熊掌與魚皆在我手。氫燃料鋰電池汽車會發展成一條長著熊掌的魚嗎?恐怕要相當一段時間才能有答案了。










