鋰電池能量密度很低

電動(dòng)汽車是2010年后才開始走進(jìn)人們視線的，做電動(dòng)汽車最好的就是特斯拉了，這是大家公認(rèn)的，其動(dòng)力電池為鋰電池，電池重量超過一噸，續(xù)航大概500公里，鋰電池能量密度低是一個(gè)非常棘手的問題，并且這個(gè)問題是基于化學(xué)原理限制產(chǎn)生的，目前不同的鋰電池能量密度大概為200Wh/kg，特斯拉最新的鋰電池可以做到250Wh/kg，不久后有望突破300Wh/kg，理論預(yù)測表明鋰電池可開發(fā)的最高能量密度大概能達(dá)到500Wh/kg，這個(gè)能量密度是非常低的。

要知道汽油的能量密度是12000Wh/kg，幾乎是現(xiàn)有鋰電池的60倍。

我們希望找到一種能量足夠強(qiáng)的動(dòng)力電池，我認(rèn)為氫燃料電池是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，普通的壓縮氣罐儲(chǔ)存的氫氣，150KPa狀態(tài)下的液氫能量密度大概是40000Wh/kg，幾乎是汽油的三倍多，氫燃料電池的實(shí)際能量轉(zhuǎn)化效率與內(nèi)燃機(jī)差不多，為40%-50%，如果說同為40升的燃料存儲(chǔ)容積，汽油可以讓汽車?yán)m(xù)航500公里，那么氫燃料電池則可以讓汽車?yán)m(xù)航1500公里，可以說這是一款能量非常強(qiáng)勁的動(dòng)力電池。

氫燃料電池可以成為另一種道路

氫燃料電池和鋰電池一樣，在汽車端是零排放的，并且氫燃料電池的反應(yīng)產(chǎn)物為H2O，純水，事實(shí)上我們可以將這些排放的水收集起來存入汽車水箱，用于汽車的自我清潔，或者可以加裝一套車載凈水裝置為車內(nèi)提供飲用水，解決了日常用水需求，同時(shí)可以減少死重的存在，這個(gè)質(zhì)量的一部分就是來源于車本身攜帶的燃料，不存在雙重質(zhì)量負(fù)荷，同時(shí)氫燃料電池相對(duì)于鋰電池的好處在于不用攜帶氧化劑，因?yàn)檠趸瘎┚褪茄鯕?，空氣中隨手可得，汽車只需要攜帶還原劑即可，也就是液化氫，這一點(diǎn)和汽油車其實(shí)是一樣的。

從化學(xué)物質(zhì)儲(chǔ)量來說，氫元素在地球的存量是非常龐大的，每個(gè)水分子中都含有兩個(gè)氫原子，用海水做原料，或者用淡水做原料幾乎都是隨手可得的，并且提取的氫氣在汽車端又會(huì)反應(yīng)成水，水存量是守恒的，在提取氫的同時(shí)，副產(chǎn)物為氧氣，氧氣也是一種重要的工業(yè)原料，其實(shí)問題最關(guān)鍵在于，上游制氫技術(shù)的問題。

目前上游制氫主要方式并非電解水

具體來看，制氫原料來源最多的是天然氣，比重達(dá)到48%，其次是醇類，比重為30%。兩者對(duì)應(yīng)的制氫方法分別是石化資源制氫和化工原料制氫占比。而原料來源于電解水的比重只占4%，目前采用電解水制氫的方法還很少。而新型制氫法幾乎沒怎么應(yīng)用于大規(guī)模的制氫。

從上面分析可以得出，全球主流的選擇是化石原料制氫和化工原料制氫。之所以如此，主要原因在于化石原料制氫和化工原料制氫的成本較低，具有盈利空間。

通過收集整理不同制氫方法的成本數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，制氫成本比較低的有煤氣化制氫和天然氣制氫，這兩種制氫方式相對(duì)于石油的市場價(jià)格，具有較大利潤空間。而甲醇裂解的成本較高，這能解釋為什么全球化工原料制氫的比重比化石原料制氫的比重要小。而水電解制氫的成本很高，在國內(nèi)應(yīng)用則幾乎不可能盈利。

雖然煤氣化制氫和天然氣制氫可以盈利，在我國可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫。但是這兩種制氫方式需要消耗不可再生的資源，不可持續(xù)。并且這兩種方法碳排放量高，在煤氣化制氫過程中二氧化碳排放量高達(dá)193kg/GJ，天然氣制氫有69 kg/GJ，不利于環(huán)保。而電解水制氫的二氧化碳排放最高不超過30 kg/GJ，對(duì)環(huán)境的污染低，并且可以持續(xù)。

電解水制氫的成本很高，因此，如果要大規(guī)模發(fā)展電解水制氫，降成本將是首要任務(wù)。當(dāng)前，電解水制氫成本主要來源于固定資產(chǎn)投資、用電成本和固定生產(chǎn)運(yùn)維成本，其中電價(jià)占總成本的77%，電價(jià)高是造成電解水成本高的主要原因。要發(fā)展電解水制氫就需要降低用電成本。

而查看我國發(fā)電構(gòu)成可以發(fā)現(xiàn)，火電仍然是主流，其次水電和風(fēng)電承載了一部分，其它構(gòu)成忽略不計(jì)，也就是說如果采用電解水制氫法不僅是成本高的問題，同時(shí)會(huì)造成二次碳排放，因?yàn)槲覈鹆Πl(fā)電主要使用的是煤炭，碳排放量很高，其次電解水過程本身也會(huì)產(chǎn)生碳排放，因此這種做法是不環(huán)保的，這也強(qiáng)化了電解水制氫法目前在我國實(shí)施的困難性。

反觀日本，電解水制氫法在其國內(nèi)的占比達(dá)到70%以上，不僅僅是日本掌握有較成熟的電解水制氫技術(shù)，客觀上來講和其發(fā)電構(gòu)成有一定關(guān)系，核電是一種清潔高效的能源，我國核電占比為2%，而日本卻達(dá)到了29%，事實(shí)上，我認(rèn)為大規(guī)模制氫很可能需要依靠大規(guī)模的核電，因?yàn)?，除了電解水制氫法，其它制氫法都?huì)消耗寶貴的不可再生資源，客觀上是無法維持大規(guī)模制氫的，只有電解水制氫法具備大規(guī)模制氫的條件，唯一欠缺的就是清潔而廉價(jià)的電能，因此我們將問題的關(guān)鍵寄希望于核電上，目前我國已經(jīng)掌握第三代核電技術(shù)，希望成熟后能夠在國內(nèi)大規(guī)模普及，因?yàn)槲覈磥矶陮?duì)電力的需求是很高的，火電不環(huán)保，火電導(dǎo)致的霧霾問題已經(jīng)讓國人難以承受，而水電，風(fēng)電，光電的供給量太微薄了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)支撐不了我國電力供給，而可控核聚變的技術(shù)難度太大了，未來幾十年都不要寄希望其上，所以核電才是關(guān)鍵。

核動(dòng)力汽車是個(gè)偽命題

其實(shí)我一直懷疑“核動(dòng)力汽車”這個(gè)叫法的合理性，更是對(duì)“紐扣大小的核電池能夠讓汽車無限續(xù)航”感到無語，因?yàn)槔碚撋细揪妥霾坏郊~扣大小的核電池，更諷刺的是核電池本身就是個(gè)疑問，目前航天上使用的核電池為同位素核電池，使用的是弱相互作用，即靠原子核內(nèi)部的反射線或粒子產(chǎn)生的熱能用熱效應(yīng)硅片產(chǎn)生熱電反應(yīng)進(jìn)而發(fā)電，其實(shí)這個(gè)發(fā)電量是很微弱的，去了解一下月球探測器和火星探測器的行動(dòng)效率你就知道那個(gè)電量有多微弱了，我覺得裝一組南孚電池都比核電池強(qiáng)勁，因?yàn)槟壳笆褂玫暮穗姵囟际腔谌跸嗷プ饔玫?，而我們所期望的那種能量非常強(qiáng)大的核電池其實(shí)是基于強(qiáng)相互作用的。

同位素核電池的核能其實(shí)是自發(fā)產(chǎn)生的，使用的材料為放射性钚238核素，然后使用一組熱電半導(dǎo)體裝置將熱能轉(zhuǎn)化為電能即可，這就是目前核電池的構(gòu)成。

而強(qiáng)相互作用并非自發(fā)產(chǎn)生，它需要高溫高壓環(huán)境才能產(chǎn)生，這個(gè)高溫高壓不是普通的那種概念，數(shù)值非常巨大，要實(shí)現(xiàn)這樣的核能釋放，一就是核彈可以做到，二就是可控核裂變可以做到，那么你看看可控核裂變裝置多么龐大，就算是小型化的核反應(yīng)堆，比如核潛艇中的核反應(yīng)堆那也得重載大卡車才拉得動(dòng)，并且核潛艇的核反應(yīng)堆功率算是最弱的了，試想，誰能把這套裝置微弱到一個(gè)紐扣大小，哪怕是一個(gè)小汽車全塞滿的大小也做不到，不然飛機(jī)早就核動(dòng)力化了，所以壓根就不存在什么核動(dòng)力汽車的說法，至于那個(gè)“紐扣核電池”論，其實(shí)人家科學(xué)家的原話是說，一顆紐扣大小的核材料通過核反應(yīng)釋放出的能量幾乎能夠讓一輛小汽車使用到報(bào)廢，所要強(qiáng)調(diào)的是核子所蘊(yùn)含的能量的巨大性，這個(gè)完全是合理的，不信你用紐扣大小的體積乘以钚239的密度求得質(zhì)量，然后用E=MC^2求得能量，單位焦耳，然后一千克汽油為43MJ，40升汽油對(duì)于1.5T的汽車大概能跑500公里，你就知道這句話完全不假了，假的是媒體將其理解為紐扣核電池，拜托，那只是核裝料，整套裝置怎么可能做到紐扣大小，電影里的鋼鐵俠也做不到啊，所以這群媒體真是為了報(bào)道博眼球可以無恥到?jīng)]有下限，一群文科生來報(bào)道這些話題有可讀性嗎？科技或科學(xué)性的話題文科生報(bào)道總是鬧笑話，媒體消費(fèi)的是公信力。不請自來，此次事件作為業(yè)內(nèi)利益博弈的產(chǎn)物，也是意料之中，但影響相當(dāng)惡劣，這種一刀切的做法相當(dāng)不利于整個(gè)電池行業(yè)的良性發(fā)展。事實(shí)上這次事件是針對(duì)日韓系三元電池商在中國商用車領(lǐng)域攻城掠地太激進(jìn)而做出的下馬威，但是副作用就是連帶把國內(nèi)以三元電池為主的國產(chǎn)品牌一起收拾了，個(gè)人認(rèn)為這次事件的影響至少要持續(xù)到今年下半年。還是那一句話，電池的安全性是系統(tǒng)的，任何從材料本身的安全性為起點(diǎn)認(rèn)為整個(gè)電池系統(tǒng)不安全的論點(diǎn)都是片面的(請問磚家怎么解釋我們用汽油這種易燃易爆的燃料在汽車上，為什么用放射性物質(zhì)做核能發(fā)電？)

事實(shí)上，我認(rèn)為未來的汽車不是什么核動(dòng)力汽車，而是核聚變發(fā)電站發(fā)電，發(fā)來的廉價(jià)電力用來電解水制氫，氫氣液化后注入汽車供汽車使用，或者人們可以用廉價(jià)電力發(fā)展出龐大的電化學(xué)工業(yè)，制備出能量密度更高的清潔燃料供汽車使用，甚至給火箭使用，這個(gè)有點(diǎn)夸張了，因?yàn)槲覀儗?duì)加注一次燃料續(xù)航幾千公里的汽車的需求并不強(qiáng)烈，因?yàn)槿剂霞幼⒄緹o處不在，800-1000公里足以。