燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-21 12:07
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燃料電池的高功率特性：相對(duì)于鋰離子動(dòng)力電池的快充難題，燃料電池加注氫氣的問(wèn)題要容易不少。目前幾乎所有的FC-EV，都可以在三分鐘內(nèi)加滿氫氣。雖然三分鐘比常規(guī)的加油時(shí)間要長(zhǎng)點(diǎn)，但相對(duì)于特斯拉6小時(shí)的普充/半小時(shí)的快充，三分鐘顯然不值一提。但是將鋰電的快充問(wèn)題和燃料電池加氫進(jìn)行對(duì)比，在小編看來(lái)并不恰當(dāng)。因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)充電和電網(wǎng)的結(jié)合很容易，而燃料電池的加氫問(wèn)題，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度遠(yuǎn)比建充電站要大得多。
什么是燃料電池：燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高; 另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料；同時(shí)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，故沒(méi)有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。由此可見(jiàn)，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看
在電芯層面，可以從極片工藝和電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來(lái)改善倍率性能，比如將電極做得比較薄或者增加導(dǎo)電劑比例等措施都是常用的技術(shù)手段。更有甚者，甚至有廠家采用取消電芯中的熱敏電阻并且加厚集流體這樣的極端辦法。而事實(shí)上，國(guó)內(nèi)很多動(dòng)力電池公司都將其LFP動(dòng)力電池在30C甚至50C的高倍率數(shù)據(jù)作為技術(shù)亮點(diǎn)。
小編在這里要指出的是，作為測(cè)試手段無(wú)可厚非，但是電芯內(nèi)部到底發(fā)生了哪些變化才是關(guān)鍵。長(zhǎng)時(shí)間高倍率充放，也許正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，負(fù)極早已析鋰，這些問(wèn)題需要使用一些原位(In-Situ)的檢測(cè)手段(比如SEM,XRD和中子衍射等)才能搞清楚。很遺憾的是，這些原位檢測(cè)手段在國(guó)內(nèi)電池企業(yè)幾乎沒(méi)有應(yīng)用的報(bào)道。
小編在這里還要提醒讀者注意鋰電充電和放電過(guò)程的區(qū)別。與充電過(guò)程不同的是，鋰電在較高的倍率下放電(對(duì)外做功)對(duì)電池造成的損害并沒(méi)有快充那么嚴(yán)重，這點(diǎn)跟其它水系二次電池類(lèi)似。但是對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際使用而言，高倍率充電(快充)的需求無(wú)疑要比大電流放電更加迫切。
上升到電池組的層面則情況將更加復(fù)雜，在充電過(guò)程中不同單體電池的充電電壓和充電電流并不一致，必然造成動(dòng)力電池的充電時(shí)間要超過(guò)單體電池。這就意味著雖然采用常規(guī)充電技術(shù)也能在30分鐘內(nèi)將單體電池充電至容量的一半，但電池組肯定會(huì)超過(guò)這一時(shí)間，這在一定程度上意味著快速充電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)并不是十分明顯。
另外，在鋰離子電池的使用(放電)過(guò)程中，其容量的消耗與放電時(shí)間并不是線性關(guān)系而是隨時(shí)間加速下降。比如某款電動(dòng)汽車(chē)滿電的行駛里程為200公里，那當(dāng)它正常行駛100公里后，動(dòng)力電池可能還剩下80%的容量，當(dāng)電池容量剩下50%時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)也許就只能夠行駛50公里了。鋰離子電池的這種特性告訴我們，僅僅將動(dòng)力電池的電量充到一半或者80%，并不能夠滿足電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際使用需要。比如Tesla宣傳較多的快速充電技術(shù)，在小編看來(lái)其實(shí)也是噱頭大過(guò)實(shí)用，而且頻繁的快充必將惡化電池的使用壽命和性能，并且?guī)?lái)嚴(yán)重的安全隱患。
既然鋰電本質(zhì)上就不適合快充，那么理論上而言換電模式可以彌補(bǔ)其快充缺點(diǎn)。雖然將動(dòng)力電池設(shè)計(jì)成可插拔式會(huì)帶來(lái)整車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題以及電氣絕緣方面的技術(shù)難題，而且還有電池標(biāo)準(zhǔn)和接口的超級(jí)難題，但小編個(gè)人認(rèn)為，這個(gè)模式不失為解決鋰電快充難題的一個(gè)技術(shù)上(也僅僅是在技術(shù)層面上而言)比較可行的辦法。
在小編看來(lái)，“電池租賃+換電模式”之所以在全球范圍內(nèi)都還沒(méi)有成功先例，除了消費(fèi)習(xí)慣的問(wèn)題(車(chē)主認(rèn)為電池跟車(chē)一樣都是其私有財(cái)產(chǎn)),主要障礙在于隱藏于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)背后的巨大利益分配問(wèn)題。在高度市場(chǎng)化的西方國(guó)家，解決這個(gè)問(wèn)題的難度要比在中國(guó)大得多。小編個(gè)人認(rèn)為，換電模式未來(lái)在我國(guó)公交汽車(chē)、出租車(chē)或者共享汽車(chē)這幾個(gè)純電動(dòng)汽車(chē)集中使用的領(lǐng)域，有可能會(huì)有較大的發(fā)展空間。
