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氫燃料電池走下神壇 能否與鋰電池並駕齊驅飛入百姓家?

  • 小白兔

  • 2019-02-11 21:47:06

近日,有報道稱,在2019年,有望正式實施針對氫燃料電池汽車的“十城千輛”推廣計劃,其中北京、上海等多個主要城市有望列為發展城市。隨著氫燃料電池熱度不斷攀升,再加上國家相關鼓勵政策的出臺,氫能源能否成為成為固體電池之外的另一個技術路線?

其實,不少汽車業內人士宣稱,現階段的新能源汽車並沒有我們所想象的零排放,其中,三元鋰電池的原料開採以及後期組裝都將會對環境造成汙染,而從電力構成來看,熱電廠依舊佔據了大部分的發電量,而後期新能源汽車報廢后,其電池回收處理也將對環境造成影響。因此,不少人表示,現階段的新能源汽車並不是“新能源”。

而從量產的氫能源汽車來看,其綜合續航在600-700公里之間,能量轉化率高達60—80%,並且排放僅為無汙染的水,並且具備其加註時間短、整備質量較輕等優勢。因此,有人稱氫才是人類社會的終極清潔能源。

從國內2018年推出的新能源補貼政策來看,已經將氫燃料電池列為補貼物件,顯然,不管是車企還是政策導向,都不願意在另一條新能源路線上落後對手太多,而從市場來看,國內氫燃料電池研發已經有所突破,距離量產已經近在咫尺。

而在近日,中國科學技術大學針對氫燃料電池研發了一種新的催化 劑,解決了氫燃料電池一氧化碳“中毒休克”危機,延長電池壽命,並大大拓寬了電池使用溫度環境,有望彌補固體能量電池對於環境溫度的影響,對於寒冷的北方可謂是一個利好資訊了。

既然氫能源優勢如此之多,為何面對固體能量電池路線卻節節敗退呢?

氫能電池能否快速崛起

想要了解這個問題,我們就要從氫燃料電池根源說起,其實氫燃料電池汽車(FCEV)早在1893年已經提出了其技術路線,在長時間的發展之中,由於其價格以及材料問題,導致氫燃料電池始終無法大規模量產,直到2015年,豐田推出了第一款量產車型——Mirai,由此掀開了氫能源的市場之路。

很多人認為,氫燃料電池由於成本問題導致的市場化困難,尤其是燃料電池內部採用的鉑元素,但從燃料電池使用量來看,100kW的燃料電池系統中使用的鉑含量為41.67g。如果按照500元/g計算,成本約為20833元,相比50萬左右的燃料電池汽車而言,催化劑以及質子交換膜都不是市場化阻礙的關鍵。

我們通過調查發現,制約氫燃料電池汽車發展的關鍵,恰恰是氫氣的運輸。氫氣的生產並不像我們所想象中的採用電解獲得,而是石油、煤、乙烯等原料進行處理時會以副產品的形式獲得,成本極低。中石化資料顯示,其年產氫氣在200~300萬噸,成本為20元~30元/噸,聯想到氫燃料電池汽車加氣量約為6-7Kg,續航就可達600-700公里,其成本優勢是極為驚人的。

但由於產地和使用地距離問題,導致氫氣運輸成為了一個大問題,氫氣具有一個非常特殊的現象——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,不能採用普通的鋼瓶運輸。此外,加氫站建設成本極高,這也變相提升了氫氣的價格。

從豐田Mirai加氣成本來看,其價格約為39元/kg,其中氫氣成本約佔45%,運輸成本約佔20%以上,而特斯拉model s百公里耗電20kwh,約合16元。氫氣的運輸成本居高不下,成為了制約氫燃料電池發展的一道障礙。

固體能量電池的瓶頸

相比氫燃料電池,鋰電池無論是原料還是產業鏈方面都已經非常成熟,大批量的生產導致其成本優勢明顯,此外,技術難度較小。

但在新能源補貼政策的倒逼之下,固體能量電池開始遇到了發展的瓶頸,其能量密度提升開始面臨著更多的困難,勉強在政策的邊緣徘徊。以松下與特斯拉聯合推出的21700的NCA電池為例,其單體能量密度接近300Wh/kg,而國內電池企業基於NCM架構打造的NCM811電池,其能量密度僅為250Wh/kg。並且隨著單體密度提升,其熱穩定性差、充放電脹氣等問題更為明顯。

雖然可以通過電池管理系統加以控制,但也可看出,三元鋰電池的發展已經放慢了速度。此外,寄予厚望的石墨烯電池技術也遲遲未能突破,僅靠不斷加大電池數量提升續航的發展路線已經展現出了其發展局限性。

寫在最後

氫燃料電池能否規模化普及,這其中有政策以及資本市場的推動,更有三元鋰電池放慢發展的襯托,不過,氫燃料電池有加註時間以及溫度工作區間等優勢,對於寒冷的北方以及充電不方便的區域,將成為純電動汽車的有效補充。但可以預見,氫燃料電池汽車剛剛走過起跑線,未來發展值得期待。