氫燃料電池汽車,憑什麼這麼火?

2021-01-13 電汽情報局

當下我們瀏覽新能源汽車資訊時,出現最頻繁的內容不是特斯拉就是小鵬,不是小鵬就是蔚來,不是割韭菜就是哪臺車突然著火,今天曝這家公司破產又是那家公司在破產路上......反之,氫燃料電池車(FCEV)局長几乎沒在頭條版面看見過一次。

然而在學術界上對FCEV卻有非常高的評價,甚至冠有「行業顛覆者」的稱號。

但現實中FCEV的存在感與「顛覆者」這一稱號是高度不相稱的,這不得不讓我們思考背後的原因。下面,局長跟大家一起聊聊,FCEV究竟是個什麼鬼?

歷史上第一塊燃料電池由William Grove爵士在1838年打造,當時的原始燃料電池就跟如今的磷酸燃料電池類似。

一百年後,英國工程師Francis Thomas Bacon發明了功率為5KW的鹼性燃料電池,也叫培根燃料電池。

(圖:Francis Thomas Bacon)

後來在1955年,通用電汽研究員W. Thomas Grubb進一步設計以磺化聚苯乙烯離子交換膜作電解質,改革了原始燃料電池。

三年後,通用電氣的另一位化學研究員Leonard Niedrach,發現鉑是氫氣進行氧化反應和氧氣進行還原反應必需的催化劑,於是想出了將鉑沉積在膜上面,這就是現代氫燃料電池的開端。

(圖:通用汽車Electrovan)

在1966年,第一臺燃料電池汽車終於面世,這就是通用汽車的Electrovan。它的持續功率輸出為32KW,峰值功率為160KW,最大續航為250Km,重量達到3.2噸。

但說到第一臺大規模量產的FCEV,就要等到2014年末豐田推出的Mirai。

(圖:豐田Mirai)

從第一臺試驗性質車輛到量產車型,人們花了差不多50年的時間,從側面看出,掌握這項技術並不容易。

在紙面上,FCEV的技術理論是完美的。

燃料電池是一種通過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應的過程,把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置,因此氫是這種電池的主要燃料。

(圖:氫燃料電池工作原理)

大家都知道氫在大自然中是無處不在的,因此理論上是取之不盡用之不竭的。再者就是氫本身的特性,具有很高的能量密度,這也讓這種技術有無與倫比的續航裡程。

(圖:氫氣能量密度)

而反觀純電動車(BEV),目前鋰電池發展已經要接近物理化學極限了,要想在裡程上有所突破,必須要有革命性的技術突破才行。

而且BEV的電池效率受溫度影響大,FCEV則不受這個問題的困擾。

當然BEV最被人詬病的問題,無疑是充電時間了。在這個問題上,FCEV完勝,只需要插上加氫槍,等待兩三分鐘就完事了,跟普通燃油車一樣。

當然仍有不少人是談「氫」色變的,皆因1937年的那起興登堡事件,以及那威力巨大的熱核氫彈爆炸。。。依舊曆歷在目!

不過安全方面,小夥伴們大可放心,現在的氫燃料儲存罐已經安全的很!

以Mirai的70Mpa儲氫罐為例。

碳纖維罐壁可承受內部70Mpa高壓,外部想擠破它至少要140Mpa。車輛在公路正常行駛,即使重型卡車撞擊也無法產生這種超高擠壓力。另外由於氫氣的逃逸速度很高,發生洩露的情況下會瞬間逃逸至空氣中。相比之下,由於液化天然氣LNG和高壓天然氣CNG較重,洩露後沉積在現場更易爆炸燃燒。

可能有小夥伴不服說:「制氫過程要用好多電啊!而且鋰電池效率至少比燃料電池高很多吧!」

這位童鞋放心好了!因為在這之前已經有磚家做過全生命周期排放量的實驗。

什麼是全生命周期?說白了就是從電池製造,發電,整車製造再到最終實現在馬路上跑所排放的二氧化碳總量。這雖然是2015年的數據,但也印證了FCEV是非常環保的。

當然,紙面上數據槓槓的,但實際又是另一回事了。

目前主要制約FCEV發展的還是基礎設施的建設,首先是體現在加氫站的不足。局長覺得這種現象跟目前的「大趨勢」有關係。

現階段世界主要汽車廠商除了豐田,基本都是轉投BEV陣營的。由於市場上BEV的數量多,FCEV車型也就兩三款,這樣的局面也就讓投資者,政府等利益相關者更加願意投資充電站建設,從而制約著加氫站的發展。

這倒也能理解,試問誰會願意給一年銷量只有一萬臺左右的FCEV汽車而大動幹戈建造加氫站呢?

再者就是上遊產業鏈的發展落後。

是啊,氫是到處都有,但能不能把它有效提取出來是一個大難題。這就跟矽一樣,沒有良好的加工,就是一堆沙子。

由於FCEV市場尚未成熟,導致制氫、儲氫、輸氫整條產業鏈所吸引的資金相當不足,一旦這條鏈子斷了,FCEV就無從談起了。

以上的一切,直接推動了FCEV使用成本的上升。以FCEV現代Nexo為例,現在每百公裡的成本大概要11.40英鎊,而BEV的現代Kona僅需要2.79英鎊。

(圖:現代Nexo)

氫燃料電池作為一種新技術,沒有政策的支持,是很難走下去的。特別是基礎設施的建設。儘管目前各個國家都說在大力建設加氫站,直到現在,全世界的加氫站總數也只不過是500個左右。

還有局長之前說到全生命周期排放,FCEV是具有相當的優勢的。如果國家政策是以這個指標作為補貼的標準,是不是能夠推動FCEV的銷售呢?同時,改變原來主要為汽車使用氫的尷尬局面,擴大各工業部門的氫使用量,壯大整個制氫行業,只有這樣才能夠有一個持續穩定的發展。

(圖:川崎重工的氫氣發電廠)

在這裡我們還要大力肯定氫燃料電池技術在近幾年取得的巨大進步。

比如實現質子離子分離的質極膜中鉑的使用量的大大減少,這樣整車成本的下降有極大的幫助。還有電堆的效率也有了顯著的增加,雖然跟鋰電池還有一定差距。

同時咱中國作為汽車大國,在這方面肯定不會落後的。在最近一兩年,我國在氫燃料電池技術方面得到了飛速的發展。

但不得不承認的是,目前我國還與FCEV領域領頭羊的美日韓三國存在一定的差距。諸如電池所需的催化劑、質極膜、密封材料以及雙極板生產工藝都要遠落後於國際水平,自主化程度也很低。

(圖:質極膜)

為彌補差距,我們也看到豐田與比亞迪的合作計劃,以及濰柴收購了世界領先的燃料電池供應商Ballard Power Systems。而且目前國家也在積極改變補貼政策,大力修建加氫站,年底力爭到100座。這一切大家都是有目共睹的。

當然,要孵化一個良好的氫燃料電池產業,切忌用力過猛!不然就會重蹈BEV產業的覆徹。

幾年前,那場轟轟烈烈的電動車補貼「盛宴」,把一眾牛鬼蛇神都引出來了。掀起了一場全民造車的浪潮。但你說造好車就算,但實際出來都是什麼玩意兒,特別是那個賽麟,拿了幾十億造了幾臺「老頭樂」?這不是極大地浪費了社會資源嗎?

( 圖:賽麟邁邁)

補貼這個問題,一直強調來,強調去,但仍然不可避免地出現騙補現象。還記得那青年汽車嗎?沒錯,就是「水氫發動機」。。。不過幸好這個行業技術門檻還是挺高的,不是阿貓阿狗隨便找個投資人找個代工廠就能弄的起來,因此「全民造車」的狂歡應該不會在FCEV領域發生。

因此,萬事都要退一步去想,由於目前技術與基礎設施的限制,我們應該以商用車為主要發展對象。

比如市內物流,公交車,城郊客車。等時機成熟後,再慢慢向民用車進行擴散。為了響應國家的號召,很多城市都慢慢向FCEV公交車轉移了,現在全國已經有22個城市實行這種新技術,投入運營的公交車超過800輛,雖然不多,但我們知道,星星之火可以燎原。

最後,局長認為,要解決全球氣候變暖問題,從來就不是說僅靠某種單一的技術就可以解決的,比如說只靠FCEV,或者說只靠BEV。特別是對於中國那麼偌大的一個國家,我們所需要的是多元化,我們既要BEV,又要FCEV,還要內燃機。

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