鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:870次 | 2020年03月07日
氫能與燃料鋰電池汽車的發(fā)展空間
氫能的發(fā)展歷史并不短,然而限于其發(fā)展路線(目前仍以商用為主),與普通消費(fèi)者的直接接觸并不多。然而隨著在新能源汽車的蓬勃發(fā)展,無(wú)論政策層面還是汽車廠家、供應(yīng)商都對(duì)氫燃料鋰電池這一技術(shù)路線愈發(fā)重視,未來(lái)這種汽車將會(huì)以何種形式走進(jìn)人們的出行生活呢?
原理:又有燃料又有電池?
圓滾滾的儲(chǔ)氫罐很容易讓人聯(lián)想到國(guó)內(nèi)諸多城市加天然氣的出租車。但本質(zhì)上講,氫燃料鋰電池汽車(HydrogenFuelcellvehicle-FCEV)是電動(dòng)汽車的一種——驅(qū)動(dòng)輪子的不是內(nèi)燃機(jī)而是電動(dòng)機(jī),在這一點(diǎn)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(dāng)于一個(gè)小型發(fā)電機(jī),車輛攜帶的氫與空氣中的氧在其中依靠化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力推動(dòng)電機(jī)?;驹硎请娊馑哪娣磻?yīng),把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極,氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)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(chǔ)氫罐儲(chǔ)存氫氣,燃料鋰電池發(fā)電,電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子。這便是氫燃料鋰電池汽車的基本模式。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當(dāng)然,現(xiàn)在很多氫燃料鋰電池汽車也會(huì)搭配高壓鋰離子電池一起供應(yīng)動(dòng)力,其模式與現(xiàn)有的混動(dòng)或增程式電動(dòng)汽車類似,以應(yīng)對(duì)某些特殊使用場(chǎng)景,提升車輛性能。
例如本次參展的現(xiàn)代氫燃料鋰電池車NEXO,其燃料鋰電池作為動(dòng)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(fù)責(zé)燃料鋰電池的啟動(dòng)、車輛起步、其他零部件的供電,以及適時(shí)介入動(dòng)力系統(tǒng)與燃料鋰電池一起供應(yīng)更強(qiáng)的動(dòng)力。
在燃料鋰電池汽車的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)上,日本和韓國(guó)都有著不錯(cuò)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(lái),銷量已超過(guò)1萬(wàn)(對(duì)氫燃料鋰電池汽車來(lái)說(shuō)已經(jīng)是非常不錯(cuò)的成績(jī)了),而豐田也計(jì)劃在2020年推出Mirai第二代車型。而韓國(guó)總統(tǒng)文在寅(MoonJae-in)更是將氫能稱為國(guó)家“未來(lái)的面包和黃油”,并規(guī)劃了具體的發(fā)展路線圖。
優(yōu)勢(shì)與不足
作為新能源汽車的一支異軍,氫燃料鋰電池汽車號(hào)稱新能源汽車的“終極解決方案”,除了其在排放方面的優(yōu)勢(shì)(發(fā)電過(guò)程只生成水,沒(méi)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(wèn)題。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
首先是續(xù)航。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,儲(chǔ)氫罐的安全性和體積都得到了優(yōu)化,這也為其從商用車向乘用車發(fā)展供應(yīng)了可能。例如NEXO配備了三個(gè)同型號(hào)的儲(chǔ)氫罐,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)70Mpa壓力下可裝2公斤左右的氫氣,官方測(cè)試結(jié)果顯示加滿氫氣狀態(tài)下NEDC續(xù)航可達(dá)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(lái)提升續(xù)航能力的難度也要遠(yuǎn)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(yōu)勢(shì),從另一個(gè)角度優(yōu)化了續(xù)航能力。
其次是補(bǔ)能時(shí)間。一般來(lái)說(shuō),氫燃料鋰電池汽車加滿氫氣所需時(shí)間為3-5分鐘,遠(yuǎn)低于鋰離子電池汽車充電時(shí)間。不可否認(rèn)目前加氫環(huán)節(jié)以及加氫站數(shù)量還有待發(fā)展,但沒(méi)有太多技術(shù)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(xù)航能力則不會(huì)受溫度影響。另外,在一些高原地區(qū),氫燃料鋰電池汽車也可以在空氣壓縮機(jī)的調(diào)整下正常行駛,對(duì)地域有著極強(qiáng)的適應(yīng)性。而電量衰減問(wèn)題同樣不存在,其氫燃料鋰電池系統(tǒng)的耐用性可達(dá)16萬(wàn)公里/10年。
第四,得益于特殊的能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)(直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能的中間變換),燃料鋰電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是鋰離子電池和傳統(tǒng)汽油、柴油都無(wú)法比擬的。
正如其顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì),氫燃料鋰電池車的劣勢(shì)也很明顯,重要集中在車輛制造成本、氫氣制造及運(yùn)輸、配套設(shè)施建設(shè)、政策跟進(jìn)等方面。而這些明顯的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)也決定了氫燃料鋰電池車目前非常對(duì)使用場(chǎng)景非常挑剔。最適合、最先普及的可能仍是中重型、遠(yuǎn)距離交通運(yùn)輸或固定路線等場(chǎng)景。
例如在韓國(guó)和日本,氫燃料鋰電池大巴都曾作為冬奧會(huì)等大型活動(dòng)的穿梭車亮相。
由于貴金屬催化劑的使用和不成規(guī)模,燃料鋰電池造價(jià)也一直居高不下。氫氣的制造和運(yùn)輸更是要考慮成本、節(jié)能、政策、模式等多方面的因素。無(wú)論技術(shù)突破還是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都非短時(shí)間內(nèi)能完成的。
普及路漫漫
2019年的國(guó)際氫能與燃料鋰電池汽車大會(huì)圍繞氫能及燃料鋰電池技術(shù)市場(chǎng)化應(yīng)用、燃料鋰電池堆和關(guān)鍵零部件、制儲(chǔ)氫技術(shù)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、市場(chǎng)投資等熱點(diǎn)話題展開(kāi)交流。而這些熱點(diǎn)也正對(duì)應(yīng)了氫燃料鋰電池汽車普及發(fā)展的諸多難點(diǎn)。
目前來(lái)看,政策是支持的?!段覈?guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施藍(lán)皮書》中提到,2030年國(guó)內(nèi)將建成加氫站1000座,氫燃料鋰電池車達(dá)到100萬(wàn)輛。而2019年的《政府工作報(bào)告》中也首次寫入氫能源,要求推動(dòng)充電、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。然而無(wú)論國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是國(guó)外市場(chǎng),氫能的發(fā)展都面對(duì)“冷啟動(dòng)”的問(wèn)題,在形成規(guī)模效應(yīng)之前,巨大的投入和風(fēng)險(xiǎn)由誰(shuí)來(lái)承擔(dān)?或者說(shuō)誰(shuí)有能力承擔(dān)?在某些場(chǎng)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(lái)建設(shè)這一體系?
因此,在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),氫燃料鋰電池技術(shù)與其他技術(shù)路線,并不會(huì)是你死我活的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,各自的優(yōu)勢(shì)和不足決定了它們將長(zhǎng)期處于共存互補(bǔ)的狀態(tài)。而且多樣化的發(fā)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(yuǎn)是熊掌與魚皆在我手。氫燃料鋰電池汽車會(huì)發(fā)展成一條長(zhǎng)著熊掌的魚嗎?恐怕要相當(dāng)一段時(shí)間才能有答案了。