氫燃料電池相較于鋰電池有哪些優(yōu)勢(shì)?
客觀來(lái)看,目前中國(guó)純電動(dòng)車(chē)在世界范圍內(nèi),不論是市場(chǎng)還是技術(shù)都處于領(lǐng)先地位,且從能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和交通合理性等方面來(lái)看,堅(jiān)持以純電動(dòng)為發(fā)展重點(diǎn)符合國(guó)情。
不過(guò),自今年李克強(qiáng)總理在訪日期間前往北海道參觀了豐田的氫燃料電池車(chē)“Mirai”以后,行業(yè)內(nèi)外掀起了一波關(guān)于氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展的熱議,更有通過(guò)微博表達(dá)出對(duì)電動(dòng)汽車(chē)著力純電動(dòng)技術(shù)路線的懷疑。
本文將從氫燃料電池與鋰電池的動(dòng)力性能及成本方面客觀分析兩者應(yīng)用前景:單從技術(shù)角度來(lái)評(píng)估,氫燃料電池遠(yuǎn)勝于動(dòng)力電池,比如加注時(shí)間氫燃料電池3分鐘、5分鐘,再大的車(chē)頂多10分鐘、20分鐘,而純電動(dòng)最少也需要半小時(shí)80%;行駛里程能夠跑300公里、500公里、700公里,甚至重卡1000公里、2000公里都可以做到,而純電動(dòng)做不到。另外,氫燃料電池使用無(wú)污染,即便拆解后也無(wú)污染,但電池拆解有污染。
“鋰電池”,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。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí),M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對(duì)環(huán)境要求非常高。所以,鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的??沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制,現(xiàn)在只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
氫燃料電池
氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素,制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極,氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極。
氫燃料電池特點(diǎn)無(wú)污染燃料電池對(duì)環(huán)境無(wú)污染。它是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng),而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過(guò)程。
無(wú)噪聲燃料電池運(yùn)行安靜,噪聲大約只有55dB,相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝,或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。
高效率燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。
總之作為汽車(chē)動(dòng)力源,氫燃料電池相較于鋰電池具有能量密度高、續(xù)航里程長(zhǎng)、充電時(shí)間短、重量輕、性能提升空間大等諸多優(yōu)點(diǎn)。若從兩者的技術(shù)難度與成本來(lái)看,鋰電池技術(shù)難度相對(duì)較小,生產(chǎn)相對(duì)成熟,同時(shí)整個(gè)制造產(chǎn)業(yè)鏈完善,正處于規(guī)模效應(yīng)的擴(kuò)大階段,而氫燃料電池的關(guān)鍵材料催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板等國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈基本處于空白狀態(tài),同時(shí)制造成本及加氫站建設(shè)成本等高昂。
但在明天氫能總經(jīng)理、創(chuàng)始人王朝云看來(lái),如果追求短期利益最大化,不會(huì)想到氫燃料電池。純電動(dòng)路線的真正毛病就是,眾多企業(yè)帶著短期利益的強(qiáng)烈企圖心。
“其實(shí)僅僅是利益的先后問(wèn)題,(干氫燃料電池)可能開(kāi)始你會(huì)活得很苦,但是放眼三年、五年是可以解決的。”王朝云說(shuō)。
當(dāng)然也有人持不同意見(jiàn):純電動(dòng)是中國(guó)新能源乘用車(chē)的主流方案,燃料電池車(chē)不太可能取代純電動(dòng)車(chē)的地位。從城市間短途行駛的乘用車(chē),到長(zhǎng)距離的高鐵,再到農(nóng)村的兩輪車(chē)、三輪車(chē),有大量純電動(dòng)技術(shù)積累和優(yōu)勢(shì),從交通出行合理性來(lái)看,也應(yīng)將純電動(dòng)作為主流方案。
氫燃料電池的特點(diǎn)
無(wú)污染
氫燃料電池對(duì)環(huán)境無(wú)污染。它是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng),而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式如果氫是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過(guò)程。
無(wú)噪聲
燃料電池運(yùn)行安靜,噪聲大約只有55dB,相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝,或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。
高效率
燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。
今天有大量的電池技術(shù),但鋰在市場(chǎng)蛋糕份額最大。在氫燃料電池汽車(chē)與鋰電池汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)中,目前鋰電池純電動(dòng)汽車(chē)占有優(yōu)勢(shì)。而氫燃料電池汽車(chē)最大劣勢(shì)在高昂的制造成本。因此,未來(lái)到底誰(shuí)贏誰(shuí)輸,現(xiàn)在還不能早下結(jié)論。畢竟,電池的技術(shù)和設(shè)計(jì)日新月異,其中一個(gè)技術(shù)將最終占據(jù)電池的最高位置。
對(duì)于未來(lái)氫燃料電池與鋰電池兩者的關(guān)系,清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高(同是動(dòng)力鋰電池和氫燃料電池的科研帶頭人)則表示,最有可能的是兩者共存:“至少到2030年,乘用車(chē)領(lǐng)域可能純電動(dòng)更占主導(dǎo),而有長(zhǎng)距離運(yùn)輸要求的商用車(chē)領(lǐng)域燃料電池車(chē)會(huì)更多。”
















