鋰電池|鉛酸電池|燃料電池，?哪種電池更堪大用？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-27 21:07
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新能源早已確立了電動作為主流發(fā)展方向，但是在電池的選擇上，卻有很多不同的標(biāo)準(zhǔn)。鋰離子電池，燃料電池，鉛酸電池都是市面上被廣泛使用，究竟哪種前景更明朗，更有賣相，一時(shí)間業(yè)界也爭得七葷八素。
在小槑看來，三種電池都各有特點(diǎn)，雖然相對而然鉛酸電池出現(xiàn)的時(shí)間最早，也早早就給套上了淘汰的帽子，但是憑借極低的成本和更加成熟的技術(shù)依然占據(jù)了市場一角。
所以小槑給大家科普一下，看看哪種電池更能代表新能源未來的發(fā)展方向。
鋰電池 太子等著登基
鋰電池嚴(yán)格意義上說不是新能源，甚至連能源也算不上，因?yàn)殇囯姵夭幌窕瘜W(xué)電池?；瘜W(xué)電池本身就是能源，靠電池里的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電流，反應(yīng)完了，電池的壽命也就結(jié)束了。
鋰電池并非能源，但可以使得新能源變成可能。比如太陽能，只是白天有，就可以用電池儲存下來，夜晚用。風(fēng)能則因風(fēng)量不定，電負(fù)荷也隨之起伏。當(dāng)風(fēng)力大的時(shí)候發(fā)的電比較多，但不一定能用完，就可以儲存下來，待風(fēng)小的時(shí)候用。
在中國制造2025里面，政府層面首次將鋰電池作為新能源寫進(jìn)報(bào)告中，也就是傳說中的動力鋰電池。
在中國制造2025里面，動力電池的能量密度目標(biāo)是350瓦時(shí) /公斤，對應(yīng)配套的新能源汽車的數(shù)量到2020年時(shí)預(yù)計(jì)要100萬輛，到2030年時(shí)預(yù)計(jì)200萬輛。其背后的重要原因就是把動力電池與新能源革命聯(lián)系在一起，這給動力電池產(chǎn)業(yè)提供了極大的發(fā)展前景。
那么什么是動力鋰電池呢，度娘的解釋是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池，當(dāng)前可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。其中鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的，可極大的可滿足消費(fèi)類需求，至此，鋰電池逐漸被人們所重視。
隨著新能源汽車銷量逐年增長，對于鋰電池的需求量也在不斷擴(kuò)張。以2014年數(shù)據(jù)為例，按照鋰離子電池展動力電池20%的滲透率來計(jì)算，鋰離子電池市場規(guī) 模約為1.50萬組，按照每組動力鋰離子電池均價(jià)為5萬元，市場總額約為7.48億元。作為核心部件的鋰電池迎來發(fā)展的大好良機(jī)，同時(shí)迎來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶 頸。
而且鋰電池企業(yè)面臨上游原材料不足、成本迅速上升的困境。鋰電池原材料中最重要的碳酸鋰，遭到市場炒作，使得價(jià)格迅速上游，半年內(nèi)漲幅達(dá)到兩倍。碳酸鋰在鋰電池的原材料成本占比中超過了50%的比例，因此碳酸鋰價(jià)格半年內(nèi)飆升兩倍，鋰電池總成本就相應(yīng)上漲20%。
上游原材料供應(yīng)不足，以及新能源汽車發(fā)展加大了市場需求量，導(dǎo)致了鋰電池價(jià)格出現(xiàn)上揚(yáng)，除此之外，人為因素同樣不可忽視，市場專業(yè)投機(jī)力量介入，機(jī)構(gòu)抱團(tuán)乘機(jī)炒作，使得鋰電池現(xiàn)貨大漲。
盡管上漲幅度過快過大，但鋰電池的發(fā)展前景依然被看好，尤其是今年國內(nèi)新能源汽車保持快速發(fā)展，鋰電池需求仍可能處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，國內(nèi)的鋰電池企業(yè)將繼續(xù)致力于擴(kuò)產(chǎn)工作。
預(yù)計(jì)到2017年鋰電池行業(yè)市場達(dá)到2300億元左右，到2020年行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到6000億元左右，鋰電池行業(yè)市場仍有較大的上漲空間，未來前景樂觀。
燃料電池 日韓偏愛但技術(shù)復(fù)雜
燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和 電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。但是，它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。
而氫是燃料電池中的主要使用元素。狹義上講我們現(xiàn)在所說的燃料電池一般等同于氫燃料電池。氫燃料作為能源的突出特點(diǎn)是無污染、效率高、可循環(huán)利用。而氫是 一種無色的氣體，燃燒一克氫能釋放出142千焦?fàn)柕臒崃?，是汽油發(fā)熱量的3倍。它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境，因此氫作為燃料被認(rèn)為將 會成為21世紀(jì)最理想的能源。
近幾年，歐美日等地在政府大力扶持下，在氫燃料汽車研發(fā)方面均取得了一定成就，包括奔馳、通用、豐田等巨頭企業(yè)更是紛紛布局。日本政府正在本國內(nèi)大力推進(jìn) 氫燃料電池車的發(fā)展。根據(jù)《新成長戰(zhàn)略》規(guī)劃，日本政府提出以下目標(biāo)：包括氫燃料電池車在內(nèi)的下一代環(huán)保車市場份額，將從2013年的約23%提升至 2030年的50%～70%。同時(shí)，為氫燃料電池車提供補(bǔ)貼，2025年使其售價(jià)與混動車持平，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌以促進(jìn)其海外銷售等舉措被列為重點(diǎn)實(shí)施 項(xiàng)目。
本田的氫燃料電池車 Clarity 就將在今年晚些時(shí)候開始發(fā)售。這款車在去年 11 月份的美國洛杉磯車展亮相。
Clarity 的內(nèi)飾長得挺好，但它的創(chuàng)新之處，還是在引擎蓋下。不同于傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機(jī)或者全電動系統(tǒng)，Clarity 采用的氫燃料電池提供動力。這種先進(jìn)的動力系統(tǒng)并不是第一次使用——本田在 2005 年就開始銷售氫燃料電池車，在美國、德國和日本已經(jīng)賣了好幾年。簡單來說，燃料電池汽車將氫燃料轉(zhuǎn)化為電能，唯一的排放物是水，超級環(huán)保。但說起來簡單， 實(shí)際做卻挺難的。
本田汽車部門執(zhí)行副總裁約翰·孟德爾（John Mendel）說：「Clarity 氫燃料電池汽車是一款顛覆性的產(chǎn)品，它提供不折不扣的零排放用戶體驗(yàn)，無論是性能、實(shí)用性、里程還是充電速度都可以與今天的汽油汽車媲美?！?/div>
但是說老實(shí)話對于像這類新能源車，我的第一想法就是“貴”，專門為富豪們服務(wù)的車，像我們這種平常老百姓也只能是遠(yuǎn)觀不能褻玩。
而且氫燃料車目前就推廣而言與現(xiàn)實(shí)還存在較大差距。燃料電池生產(chǎn)成本很高，而加氫站的建設(shè)甚至比鋰電池電動汽車的充電站更難。除此之外，氫氣有爆炸的隱患且氫氣來源渠道有限。
目前而言，氫燃料電池汽車(FCV)在與傳統(tǒng)的燃料汽車與電動汽車的競爭中優(yōu)勢不大，預(yù)計(jì)到2027年，F(xiàn)CV在車市中的占有率甚至不到0.1%。對于氫 燃料電池汽車，目前的客戶只有三種選擇：豐田Mirai、現(xiàn)代途勝FCV、本田Clarity，而且這些車僅限于日本、美國加利福尼亞州、韓國和幾個(gè)其他 小型市場。
思邁汽車信息咨詢公司預(yù)期2027年會有17款FCV上市，包括幾家歐洲汽車制造商的產(chǎn)品。但是對FCV的整體預(yù)測是年銷量僅達(dá)7萬輛，不足市場份額的0.1%。
“在業(yè)界有這么個(gè)說法，沒有能源站，就沒法賣車，”豐田常務(wù)董事佐藤康彥說，“豐田完全不想做一個(gè)能源公司，所以想聯(lián)合各家能源公司一起做這場生意。”他說的的確是實(shí)話。
鉛酸電池 很意外的沒有淘汰
鉛酸電池聽起來更像一個(gè)從遠(yuǎn)古來的產(chǎn)物，但是有一點(diǎn)你絕對想不到，目前市場上80%以上的新能源汽車使用的是鉛酸蓄電池，鋰電池使用率普遍較低，一定意義上來講，新能源汽車的發(fā)展更大程度上將拉動鉛酸蓄電池的消費(fèi)。
鋰電池使用率普遍較低，原因在于鋰電池目前在動力電池方面技術(shù)還不夠成熟，安全性有待提高；另外目前鋰電池高新技術(shù)依賴進(jìn)口，價(jià)格相對鉛酸蓄電池較為昂貴，難以得到普及。所以目前一定意義上來講，新能源汽車的發(fā)展更大程度上將拉動鉛酸蓄電池的消費(fèi)。
我們目前上市的電動車使用鉛酸電池，不是電動車企業(yè)蠢，不知道采用新技術(shù)，而是在目前能量產(chǎn)能供貨的電池中，只有這種是可用靠譜的，其他或者是技術(shù)不成熟，或者是產(chǎn)業(yè)鏈無法配套的、或者是成本太高無法商用。
所以說，鉛酸電池還沒有推出歷史舞臺，相反卻逆勢占據(jù)主角位置一定程度上來說來說是一種市場向技術(shù)妥協(xié)的結(jié)果。
還有一點(diǎn)值得注意的是，一直以來，電池成本居高不下都成為制約新能源汽車發(fā)展的主要問題之一，即使享受著高額的國家補(bǔ)貼，電動汽車動輒20萬元以上的售價(jià)也仍讓很多消費(fèi)者覺得難以承受。然而，諷刺的是，在三、四線城市的大街上，卻充斥著大量的廉價(jià)電動汽車。
鉛酸電池一般應(yīng)用在低速和城市短途電動車上，雖然鉛酸電池能量密度低，但由于成本不高，售價(jià)低廉，在中小城市極為暢銷。不過，這些電動汽車的續(xù)航里程很難達(dá)到100公里以上。此外，而國家對此并未明文禁止，所以對于這類電動汽車的態(tài)度，也視各地方政府而定。
蓄電池投進(jìn)使用后，必須定期地進(jìn)行充電和放電。充電的目的是使蓄電池貯存電能及時(shí)地恢復(fù)容量，以滿足用電設(shè)備的需要。放電的目的是及時(shí)地檢驗(yàn)蓄電池容量參數(shù)，及促進(jìn)電極活性物質(zhì)的活化反應(yīng)。蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。目前對蓄電池充電的方法很多，選擇科學(xué)公道的充電方法將會大大進(jìn)步蓄電池的維護(hù)效果。
1、恒定電流充電法
在充電過程中充電電流始終保持不變，叫做恒定電流充電法，簡稱恒流充電法或等流充電法。在充電過程中由于蓄電池電壓逐漸升高，充電電流逐漸下降，為保持充電電流不致因蓄電池端電壓升高而減小，充電過程必須逐漸升高電源電壓，以維持充電電流始終不變，這對于充電設(shè)備的自動化程度要求較高，一般簡陋的充電設(shè)備是不能滿足恒流充電要求的。恒流充電法，在蓄電池最大答應(yīng)的充電電流情況下，充電電流越大，充電時(shí)間就可以縮短。若從時(shí)間上考慮，采用此法有利的。但在充電后期若充電電流仍不變，這時(shí)由于大部分電流用于電解水上，電解液出氣泡過多而顯沸騰狀，這不僅消耗電能，而且輕易使極板上活性物質(zhì)大量脫落，溫升過高，造成極板彎曲，容量迅速下降而提前報(bào)廢。所以，這種充電方法很少采用。
2、恒定電壓充電法
在充電過程中，充電電壓始終保持不變，叫做恒定電壓充電法，簡稱恒壓充電法或等壓充電法。由于恒壓充電開始至后期，電源電壓始終保持一定，所以在充電開始時(shí)充電電流相當(dāng)大，大大超過正常充電電流值。但隨著充電的進(jìn)行，蓄電池端電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小。當(dāng)蓄電池端電壓和充電電壓相等時(shí)，充電電流減至最小甚至為零。由此可見，采用恒壓充電法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。但其缺點(diǎn)是，在剛開始充電時(shí)，充電電流過大，電極活性物質(zhì)體積變化收縮太快，影響活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，致使其脫落。而在充電后期充電電流又過小，使極板深處的活性物質(zhì)得不到充電反應(yīng)，形成長期充電不足，影響蓄電池的使用壽命。所以這種充電方法一般只適用于無配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡陋的特殊場合，如汽車上蓄電池的充電，1號至5號干電池式的小蓄電池的充電均采用等壓充電法。采用等壓充電法給蓄電池充電時(shí)，所需電源電壓：酸性蓄電池每個(gè)單體電池為2.4～2.8V左右，堿性蓄電池每個(gè)單體電池為1.6～2.0V左右。
3、有固定電阻的恒定電壓充電
為補(bǔ)救恒定電壓充電的缺點(diǎn)而采用的一種方法。即在充電電源與電池之間串聯(lián)一電阻，這樣充電初期的電流可以調(diào)整。但有時(shí)最大充電電流受到限制，因此隨充電過程的進(jìn)行，蓄電池電壓逐漸上升，電流卻幾乎成為直線衰減。有時(shí)使用兩個(gè)電阻值，約在2.4V時(shí)，從低電阻轉(zhuǎn)換到高電阻，以減少出氣。
4、階段等流充電法
綜合恒流和恒壓充電法的特點(diǎn)，蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)過一段時(shí)間改用較小的電流，至充電后期改用更小的電流，即不同階段內(nèi)以不同的電流進(jìn)行恒流充電的方法，叫做階段恒流充電法。階段恒流充電法，一般可分為兩個(gè)階段進(jìn)行，也可分為多個(gè)階段進(jìn)行。階段等流充電法所需充電時(shí)間短，充電效果也好。由于充電后期改用較小電流充電，這樣減少了氣泡對極板活性物質(zhì)的沖洗，減少了活性物質(zhì)的脫落。這種充電法能延長蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所以是當(dāng)前常用的一種充電方法。一般蓄電池第一階段以10h率電流進(jìn)行充電，第二階段以20h率電流進(jìn)行充電。各階段充電時(shí)間的是非，各種蓄電池的具體要求和標(biāo)準(zhǔn)不一樣。
5、浮充電法
間歇使用的蓄電池或僅在交流電停電時(shí)才使用的蓄電池，其充電方式為浮充電式。一些特殊場合使用的固定型蓄電池一般均采用浮充電方法對蓄電池進(jìn)行充電。浮充電法的優(yōu)點(diǎn)主要在于能減少蓄電池的析氣率，并可防止過充電，同時(shí)由于蓄電池同直流電源并聯(lián)供電，用電設(shè)備大電流用電時(shí)，蓄電池瞬時(shí)輸出大電流，這有助于鎮(zhèn)靜電源系統(tǒng)的電壓，使用電設(shè)備用電正常。浮充電法的缺點(diǎn)是個(gè)別蓄電池充電不均衡和充不足電，所以需要進(jìn)行定期的均衡充電。
