百年輪回，燃料電池與鋰電池之爭，特斯拉能否再次獲得命運(yùn)女神的眷顧嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-09 09:29
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電力是第二次工業(yè)革命崛起的新能源，推動人類走進(jìn)電氣時代，同時，它也將愛迪生和特斯拉這兩位偉大的科學(xué)家聯(lián)系到一起，愛迪生以及其投資商JP摩根主張使用直流電，而特斯拉和西屋電氣公司則主張用交流電，在商業(yè)利益的驅(qū)使下，雙方進(jìn)行了曠日持久的對峙，繼而引發(fā)了著名的“電流大戰(zhàn)”。
愛迪生通過電椅死刑以及電死大型動物向公眾證明交流電的危險，而特斯拉則發(fā)明了“特斯拉”線圈親自表演放電魔術(shù)，雙方互相角力，直至1891年，特斯拉用他的交流電同時點亮了芝加哥博覽會全場的數(shù)萬只白熾燈，同時也宣告了“電流大戰(zhàn)”勝負(fù)已分，交流電的應(yīng)用不僅掀起了第二次工業(yè)革命，至今，我們都在享受著電力所帶來的福利。
而隨著新能源的發(fā)展，路線也開始出現(xiàn)了分歧，繼承了“尼古拉·特斯拉”之名的特斯拉公司與豐田主張的燃料電池開始了新一輪的明爭暗斗，馬斯克曾公開談及燃料電池汽車，稱其是汽車制造商騙人的把戲，純粹是胡扯。但從特斯拉動作來看，顯然還是較為在意的，2014年，馬斯克宣布特斯拉推倒自己的專利墻，向所有的企業(yè)開放特斯拉電動車的專利。而僅1年后，豐田也宣布，將旗下5,700項氫燃料電池專利無償與其他汽車制造商共享。
而從這兩家車企一連串的動作來看，難免讓人聯(lián)想到，尼古拉·特斯拉放棄了交流電的專利費，極大助力了交流電的迅速發(fā)展，致使成本更低且沒有門檻的交流電迅速取代了直流電，開始成為工業(yè)、商業(yè)和民用的最佳選擇。而作為固體電池代言人的特斯拉以及氫燃料電池的豐田，取消專利打破壁壘有利于技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)散，就能讓更多的汽車廠商乃至供應(yīng)商偏向這一技術(shù)方向，占據(jù)市場的主流。
新能源技術(shù)路線困局
隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的逐漸嚴(yán)苛和政策的補(bǔ)貼導(dǎo)向，新能源發(fā)展逐漸走向了正軌，并形成了多線共同發(fā)展的態(tài)勢，有HEV（輕混）、PHEV（插電式混動）、REEV（增程式混動）、BEV（純電動）、FCEV（燃料電池）等等，但從長遠(yuǎn)來看，零排放是大勢所趨，混動只是當(dāng)下的零排放的一個過渡形態(tài)，因此，諸多車企以及政策導(dǎo)向都瞄準(zhǔn)了純電動以及燃料電池。
在政策以及資本的推動下，固體電池技術(shù)得到了快速發(fā)展，但從近兩年來看，固體電池發(fā)展顯然遇到了瓶頸，技術(shù)方面，固體電池主要以三元鋰電池為主，鈷酸鋰以及磷酸鐵鋰電池由于穩(wěn)定性和能量密度等問題先后遭到了邊緣化，但三元鋰電池能量密度提升在技術(shù)進(jìn)展緩慢，松下與特斯拉聯(lián)合推出的21700的NCA電池，單體能量密度接近300Wh/kg左右，NCM811電池單體能量密度也僅為250Wh/kg，且仍面臨高熱穩(wěn)定性差、充放電脹氣等問題的困擾，短時間內(nèi)無法根本性的解決。
并且，三元鋰電池在充電時間上也較長，慢充最快也要高達(dá)6小時左右，顯然，在擁擠的大城市，如若沒有車庫或者固定充電地點，將難以解決充電方面的問題。而寄予厚望的石墨烯電池技術(shù)也遲遲未能突破，（現(xiàn)今市場上發(fā)布的石墨烯電池僅僅是將石墨烯作為鋰電池的正極，并非真正意義上的石墨烯電池），且純電動為了保證續(xù)航里程，不斷加大電池數(shù)量，導(dǎo)致整備質(zhì)量直線上升，這些問題都成為了制約純電動汽車發(fā)展的因素。
此外，鋰電池在生產(chǎn)以及報廢過程中都會產(chǎn)生污染，且由于火力發(fā)電仍占據(jù)大半的發(fā)電比例，因此，也有人指出，固體電池是偽新能源，而氫才是終極的清潔能源。
氫燃料電池的商業(yè)之路
反觀氫燃料電池汽車（FCEV），雖然早在1893年就已經(jīng)提出了其運(yùn)行原理，可直到1994年奔馳才研發(fā)了第一款氫燃料電池車——NECARI，而直至2015年，豐田推出了第一款量產(chǎn)車型——Mirai，它的日文名發(fā)音“みらい”——意為“未來”，從命名中也可以看出，豐田已經(jīng)將寶押到氫燃料電池之上。
在續(xù)航里程方面，氫燃料電池汽車一次加氣可連續(xù)行駛700公里，能量轉(zhuǎn)化率為60—80%，且排放僅為無污染的水，加氫時間短、行駛噪音小、整備質(zhì)量較輕等，都是氫燃料電池汽車的優(yōu)勢。
首先從技術(shù)上來看，相比固體電池，氫燃料電池提升空間大，且沒有鋰電池使用壽命方面的顧慮，但由于鋰電池?zé)o論是量產(chǎn)還是產(chǎn)業(yè)鏈方面都已經(jīng)非常成熟，成本優(yōu)勢明顯且技術(shù)難度較小。而氫燃料電池催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板等關(guān)鍵材料在國內(nèi)幾乎是空白，因此，成本也相應(yīng)的有所提高。
關(guān)于有些人認(rèn)為氫燃料電池成本之所以高，在于質(zhì)子交換膜和鉑催化劑的昂貴售價，我們都知道，鉑是貴重金屬，1g白金的交易價格在304元人民幣左右，而催化劑使用量在0.4mg/cm2左右，100kW的燃料電池系統(tǒng)中使用的鉑含量為41.67g。按照500元/g計算，成本約為20833元，顯然，這對于一輛售價在50萬左右的燃料電池汽車來說，催化劑以及質(zhì)子交換膜等材料的價格并不是決定性的因素。
其實，主要原因還在于氫燃料電池汽車的工藝以及材料并不太成熟，隨著逐漸量產(chǎn)，成本必然有非常大幅度下降。
其次阻礙其發(fā)展的因素還在于氫的儲存以及運(yùn)輸方面，氫氣并不像有些人所想的那么稀缺，在石油、煤、乙烯等原料進(jìn)行處理時會以副產(chǎn)品的形式獲得，且成本比較便宜。目前，中石化氫氣年產(chǎn)量在200～300萬噸，成本為20元～30元/噸，這個產(chǎn)量以及價格完全可滿足國內(nèi)燃料電池汽車對于氫氣的需求。
雖然成本以及產(chǎn)量都比較理想，但產(chǎn)氫地往往與用氫地相隔遙遠(yuǎn)，運(yùn)輸成本很高，再加上加氫站的投入，成本便進(jìn)一步飆升，如果采用電解制氫成本將大大提升，因此，氫氣的儲存運(yùn)輸成為了一個大問題。
除此之外，氫氣有個非常特別的現(xiàn)象——氫脆，在壓力超過一定壓力和溫度的情況下，氫氣會逃逸到金屬中，造成金屬材料的脆化，因此，氫氣的運(yùn)輸與常規(guī)氣體不同，過低的壓力導(dǎo)致運(yùn)輸量少，而過高壓力則需要特殊的罐體，提高了氫氣的成本。除此之外，有提出以液氫的形式進(jìn)行運(yùn)輸，將氫-氮結(jié)合為氨，以氨氣形式進(jìn)行儲存運(yùn)輸，到達(dá)目的地后再轉(zhuǎn)換為氫氣。
此外，加氫站建造成本也遠(yuǎn)高于加油站，加氫站主要由卸氣柱、壓縮機(jī)、儲氫瓶組、加注機(jī)等設(shè)備組成，由于尚不能國產(chǎn)，在價格方面較為昂貴，而這種成本也會反映到氫氣的終端售價之上。從終端氫氣價格來看，豐田未來加注成本約為39元/kg元，其中氫氣成本約占45%，運(yùn)輸成本約占20%以上，作為對比，特斯拉model s百公里耗電20kwh，約合16元。氫氣的運(yùn)輸成本居高不下，成為了制約氫燃料電池發(fā)展的一道障礙。
豐田在氫燃料電池持續(xù)的投入研發(fā)，攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)，豐田未來車型的上市，也預(yù)示著氫燃料電池開始正式登上新能源的舞臺，在固體電池尚未有質(zhì)的突破大環(huán)境下，也成為氫燃料電池逆襲的契機(jī)。
