氫燃料電池和鋰電池,誰才是實現汽車「零排放」的最優解?

2020-12-06 電動湃

鋰電池是實現汽車「零排放」的最優解嗎?退一步講,鋰電池是實現汽車「零排放」的過渡動力儲備形式嗎?目前來看,它就是方程式裡的未知數。那麼,「氫燃料電池」呢?

2020年6月5日,豐田汽車、中國一汽、東風、廣汽集團、北汽集團、北京億華通等6家企業在京舉行發布會並籤署合營合同,計劃成立「聯合燃料電池系統研發(北京)有限公司」。在未來,這6家公司將合力推動「氫燃料電池」的研發、落地和普及。該公司前期主要為商用車開發氫燃料電池系統。

氫氣經過化學反應後產生電力,排出水,可以讓汽車實現真正的「零排放」,那麼為什麼氫燃料電池至今還沒有實現大量普及?另外,本次由豐田牽頭成立的聯合公司為什麼前期主要開發用於商用車的氫燃料電池?

要想解答上述疑問,我們首先要去了解氫燃料電池與鋰電池的優缺點。

首先,氫燃料電池汽車進行燃料補給的速度更快,加氫就像加油一樣,一般需要3-5分鐘。純電動車充電,即使是像特斯拉那樣的超充,每次充電也要一個小時以上,普通充電樁往往需要好幾個小時。

氫氣經過化學反應產生電能與水,可以實現真正的「零排放」。鋰電池內部採用大量重金屬,需要科學、嚴格、規範的回收處理流程,否則會對環境產生汙染。

氫燃料電池能量儲備密度高,且重量輕,氫燃料電池車續航遠。而鋰電池能量儲備密度相對偏低,且重量大。

氫燃料電池需要預防的是氫氣洩露,也就是防止儲氫罐破損,屬於物理層面的防護。而鋰電池的安全隱患則是來自不容易控制的鏈式反應,屬於化學層面。

氫燃料電池的低溫起步性能差,但是隨著啟動後自身放熱的增加,電堆會很快穩定在80-90℃的正常工作範圍。但是,在不使用電力幫助的前提下,氫燃料電池實現低溫啟動,一直是一個在研究的課題。鋰電池同樣有低溫狀態下內阻增加的問題,這也是為什麼很多電動車給電池組裝備熱循環管理系統的原因。

氫氣來源、安全使用、儲氫站建設都是構成目前氫燃料電池使用成本居高居高不下的部分原因。據悉,建設一個儲氫站的成本為100-200萬美元;建設一個特斯拉超級充電站的成本大約為30萬美元。另外,氫燃料電池所需的化學反應催化劑為稀有貴金屬——「鉑」,這種貴金屬的價格比黃金還貴。

氫燃料電池使用成本高,技術不夠成熟等,是目前氫燃料電池沒有得到大量普及的重要原因。

相較傳統加油站以及充電站,加氫站不僅建設技術難度大,而且建設成本也偏高,再加上氫燃料電池汽車還沒有大量普及,所以此次由豐田等企業成立的聯合公司就先把氫燃料電池應用在商用車領域,例如公交車、卡車等,這也相當於技術試點。首先商用車便於集中管理,單個加氫站可以更加高效的服務於氫燃料電池汽車,另外,氫燃料電池車應用在某個城市商用車領域後,便於後期的技術問題的反饋與解決。

加氫站的建設自然離不開國內傳統能源巨頭的支持,畢竟它們在能源技術領域、站點服務運營方面擁有豐富的經驗。就在前不久,北汽福田、中石油北京分公司與北京億華通達成合作意向,三方將共同推進北京市加氫站建設及運營。毫無疑問,這一合作將應用到豐田本次成立的聯合公司上,對氫燃料電池在國內的規模化發展起到積極的促進作用。

其實豐田早就把氫燃料電池應用在乘用車上了,代表車型是豐田Mirai。該車自2014年12月開始在日本銷售,從2015年秋季開始將銷售範圍擴大至美國和歐洲。2015年產量700臺,2016年約2000臺,2017年約3000臺。

豐田家用燃油車、混動車型的低油耗,是全球消費者公認的優點。但是在純電動車領域,明顯感覺豐田還沒有完全發力。從2020年1-4月份全球新能源銷量來看,豐田純電動車銷量12253臺,佔到全球新能源銷量份額的2.15%;反觀特斯拉,2020年1-4月份銷量103193臺,佔到全球新能源銷量份額的18.08%。可以看出,豐田目前並沒有把未來新能源車的「賭注」全部押在鋰電池身上,或許豐田更看好氫燃料電池。

參考《2018全國電力工業統計快報》,中國火力發電量佔比達到了70.4%,高聳的煙囪和宏偉的冷水塔就是火力發電站的常見景觀。太陽能、核電、風電、水電總佔比為29.6%。在火力發電徹底告別舞臺前,純電動車目前並不能實現真正意義上的「零排放」。

據外媒報導,馬自達已開始生產該品牌旗下首款純電動SUV——MX-30。該車搭載了容量僅為35.5kWh的鋰離子電池組,在WLTP工況下的續航裡程僅為200km左右(遠低於主流純電動車)。按照馬自達官方說法,之所以裝備如此小容量的電池組,就是考慮到它的生命周期內二氧化碳「排放」總量最低。

不難看出,馬自達充分考慮到了電池容量與電池組重量的比重,換句話說,電池組重量越大,單位電池容量的續航裡程就會越短,也就是單位裡程能耗越高。提升電池能量密度就能有效緩解該問題。

比亞迪前段時間發布的「刀片電池」,又一次把磷酸鐵鋰電池帶回了公眾視野。刀片電池電芯採用陣列的排布方式,體積與能量密度得到大幅優化,三元鋰電池在新能源市場的地位受到了衝擊。

不得不說的是,前段時間比亞迪與寧德時代就刀片電池和三元鋰電池誰更安全的問題在網絡上展開了一場「口水戰」,各家均通過試驗來證明自家電池的安全性。

在開放的市場經濟下,優勝略汰屬於常態,各家必須通過技術創新才能在市場中脫穎而出。而良性且激烈的市場競爭才能推動技術發展,實現技術革新,成為構建清潔移動出行社會的催化劑。

氫燃料電池與鋰電池到底誰才能成為構建清潔出行社會的「最優解」,目前並沒有答案。只能說目前人類處在實現汽車零排放進程中「摸石頭過河」的階段,不同形式的能量來源,就像是在不斷嘗試新的「過河」方式。您認為哪種動力形式才能成為未來汽車的主導,不妨在下面留下您的觀點。

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    ,在使用壽命結束後,並不會對環境造成汙染,而鋰電池內部含有大量重金屬,需要科學規範的回收處理,否則會對環境產生汙染,所以在使用鏈上氫燃料電池卡車會更環保。4、車輛自重更輕,能耗更低:氫燃料電池能量密度高,車輛自重更輕,舉例說明,100kW·h電量的鋰電池重量在800kg左右,而同電量的氫燃料電池重量只有1/4左右,能夠幫助提升車輛續航裡程。
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    畢竟新能源汽車不僅綠色節能,還能拿到國家補貼、快速上綠牌的優勢,在價格方面也是低於燃油汽車,購買新能源汽車已經成為一種趨勢,很多年輕人都表示新能源汽車的性價比要高過燃油汽車。但新能源汽車也有一個瓶頸:電池問題。這個問題有點困擾了人們對購車種類的選擇。隨著技術的升級、電池動力的不斷提升,新能源汽車的性能已經可以與燃油汽車不相上下。
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    這20輛氫燃料電池轎車是基於大眾帕薩特領馭車型,通過改制和集成最新一代燃料電池轎車動力系統平臺而成功研發出來的。它們以氫氣為能源,經氫氧化學反應生成水,真正實現零汙染。氫燃料電池轎車加一次氫可跑300多公裡,時速達每小時140~150公裡。氫燃料電池轎車比同類型內燃機車重200多公斤,貴5倍以上。
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    氫燃料電池壽命有多長   不同於傳統蓄電池以儲能的方式提供電能,氫燃料電池是通過氫氣和氧氣間的電化學反應,將化學能轉變為電能,只要具備充足的氫氣源和氧氣源(空氣源),這個轉化過程可以一直持續下去,達到零汙染排放,是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發電技術。
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    nbein)在《倫敦和愛丁堡哲學雜誌》上展示了他發明的第一個燃料電池,並討論了由溶解在水中的氫和氧產生的電流技術。同一年,威爾斯物理學家和大律師威廉 · 格羅夫爵士(Sir William Grove)也發表了相關著作,雖然從現在往回看,當時的燃料電池技術比較粗糙,但二人的文章證明了燃料電池的可行性。此後一百餘年,燃料電池被不斷提及,成為清潔能源的代表之一。
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    雖然ADAS主要用於提高駕駛員安全性和道路安全性,但它與系統連接和燃油效率密切相連。例如,ADAS的高級預測技能可更好地管理啟動和停止,並最大限度提高車輛動力以節省燃料。ADAS還可以為任何類型的動力傳動系統帶來更高的效率,無論是傳統的柴油和天然氣卡車還是鋰電池或氫燃料電池驅動的電動車輛。
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    許許多多這樣那樣的評論和報導鋪天蓋地,有的說燃油汽車才是王道,新能源汽車都不靠譜;有的說燃料電池才是真正環保安全的新能源,鋰電池不靠譜;有的說「磷酸鐵鋰電池」才是當今最安全的鋰電池,「三元鋰電池」不靠譜……首先,我們要明確一點,新能源汽車取代燃油汽車是科技進步引領時代的變革,許多歐美國家都相繼宣布停止生產和禁止銷售傳統燃油車的時間表
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    據介紹,美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy,曾展示用100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公裡的足夠電量。使用這種電池的汽車仍需保留鋰電子電池,鋁-空氣電池只在鋰電池電量耗盡後才啟動。零汙染的氫燃料電池11月7日,由國家新能源汽車技術創新中心在廣東佛山南海區主辦的2018 NEVTIR-FC新能源汽車技術(燃料電池)創新拉力賽上,呈現出在氫能源燃料電池方面取得的多項技術成果,刷新了人們對燃料電池發展的認知。我們知道,氫氣和氧氣燃燒會生成水,達到零汙染。
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    而現在國內傳統車才150g至160g,它比傳統車的二氧化碳排放還高。」幹頻表示。 所以在上汽研發團隊眼裡,特斯拉沒法起到顛覆整個汽車行業的作用,它還不足以擔當這個重任。在上汽的計劃表中,顛覆整個汽車行業的未來汽車,還是氫燃料電池汽車。
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    能源無疑是當今全世界共同關注的一大話題,受全球能源消費量不斷增長和能源消耗導致的氣候問題,越來越多的有識之士認為,氫燃料電池汽車作為一種真正意義上的「零排放,無汙染」載運工具,是未來新能源清潔動力汽車的必然方向,氫燃料電池汽車研發與量產,必將成為全球汽車工業領域的一場新革命。而衣寶廉,正是這方面的專家。
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    在汽車行駛的過程中,其實發生了一種稱為反向電解的過程,其中氫與燃料電池中的氧氣反應。氫氣來自FCEV內建的一個或多個儲氣罐,而氧氣來自周圍的空氣。該反應的最終產物只有電能,熱量和水,它們以水蒸氣的形式通過廢氣排放。因此,氫動力汽車在本地是零排放的,一分鐘內就可以達到零排放。
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    文/阮錦程很多人覺得,氫燃料電池車不是未來方向,電動車才有發展前途。因為加氫非常麻煩,而且氫氣還會爆炸,而鋰電池未來存儲密度提高了以後,完全可以替代燃油車。本田Clarity Fuel Cell燃料電池車問題是,電池這事情挺麻煩的,鋰電池存儲密度已經搞了幾十年了都沒有本質提高。其實我也想手機充一次電可以用一個星期呀,但這是理想。
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    此外,現代汽車株式會社副社長李仁哲還表示,現代汽車將在中國四川工廠生產氫燃料整車,進行本土化的研發,加深與中國合作夥伴就氫燃料的資源互補開展合作,並通過租賃的模式進行運營和落地。根據規劃,其四川工廠前期將生產氫燃料電池商用車,未來也可能推出氫燃料電池乘用車。事實上,除了韓國的現代外,日本的豐田也是動作頻頻。
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    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。
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    其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後,放出電子通過外部的負載到達陰極。燃料電池是一種化學電池,它利用物質發生化學反應時釋出的能量,直接將其變換為電能。從這一點看,它和其他化學電池如錳乾電池、鉛蓄電池等是類似的。但是,它工作時需要連續地向其供給反應物質——燃料和氧化劑,這又和其他普通化學電池不大一樣。
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    此外,突破燃料電池及氫能核心技術以降低成本、開展新技術及產業化應用示範等也是關鍵環節;儲運問題仍需解決,加氫站短期需要大量投入。商業模式仍是關鍵據了解,燃料電池技術具備高效率、零排放的特點,受到各國政府和企業的重視。2019年以來,各國明顯加快在氫能與燃料電池上的規劃,韓國、歐盟、中國、美國先後發布了氫能燃料發展規劃,加快新能源汽車及燃料電池產業化的進程。