氢燃料动力电池汽车相比电动汽车的优劣势

2020-09-03      1626 次浏览

续航卡在下一代锂离子电池技术突破:随着电动汽车行业的迅速崛起,消费者的选择越来越多,相应的,对续航也会在满足日常使用情况的要求下逐渐提高。假设若一辆纯电车工况续航能达到800公里,这也许要依赖于下一代锂离子电池技术的突破。


能量密度卡在物理化学的极限:锂离子电池能量密度太低,若以多堆电池的方法新增续航,就会造成过多能量浪费在运输电池本身的尴尬情况,既不经济,也不合理。(这一点的深入分析,可以参考之前的一个回答:爱驰汽车刚推出的RG电动超跑号称续航1200km,有可能实现吗?在过去十年中,锂离子电池的能量密度已经提高了2.5倍,就不能再给力一点,再提高2倍吗?答案是很困难,因为这种涉及物理化学原理的东西,不可能遵循摩尔定律,再提升就触碰到了安全极限,性能与安全不可兼得了。要想解决这个问题,得在锂固态电池的技术路线上努力了。


东方不亮西方亮。消费者在关于纯电动续航里程和充电时间上的期待,不正是氢燃料动力电池的拿手好戏吗?很多方面,氢燃料汽车防止了纯电车的短板,反而与传统燃油车的特性很像,例如:


氢气的能量密度比燃油大,比锂离子电池高上百倍。我们都了解,燃油与氢气释放能量都是一个氧化过程,要么是原子量为12的碳被氧化、要么是原子量为1的氢被氧化。汽油柴油都是碳氢化合物,而氢气只含氢,所以能量密度甚至更高。当然,考虑到比油箱复杂得多的储氢系统,情况会不相同。


加氢与加油都只要三五分钟。如此一来,车主就不必到处找充电桩,免去充电等待的时间了。当然,加氢站不像加油站到处都是,基础设施建设是个问题。


如此说来,在续航与充能方面,氢燃料动力电池车与传统燃油车,真的很像啊!只不过一个是烧油,一个是烧氢。既然这么像,咱们为啥不直接用传统燃油车,还要开发氢燃料动力电池车呢?答案就是,相关于传统燃油车,氢燃料动力电池车同时具有节能减排的新能源车属性:


减排:氢燃料动力电池的反应方程式非常简单:氢气+氧气→水。不仅没有氮氧化物这种有毒气体,就连二氧化碳都没有啊!当然,这一点与电动汽车碳排放的争议相似,从全生命周期的角度来看,制氢是免不了有碳排放的。目前的主流观点是:即便是考虑70%的火电,纯电动汽车的碳排放还是优于燃油车,氢燃料动力电池车则与纯电动相当或更好。


可再生能源:相对地柴油汽油,氢能源最大的优势就是可再生。除了工业副产品制氢之外,还能通过煤制氢、利用谷电电解水制氢等,全生命周期的能源效率要优于汽油柴油。退一万步讲,能源效率还不如汽油柴油,但氢能源作为可再生能源,对石油对外依赖很强的我国、日本来说,依然是很有吸引力的选项。


和电动汽车相比,氢燃料动力电池车续航足、加氢快;和传统燃油车比,氢燃料动力电池车又具有节能减排的属性。虽然和两边比都有优势,但普遍认为燃料动力电池的产业化进程,要比纯电动慢5-10年,原因就在于有几个待解决的关键问题:


车载储氢技术:要论同样的重量,氢气的能量密度不低。然而,汽油柴油在自然条件下就是液体,而氢气要压缩成液体,还要保证安全,就要一个挺大的储氢系统了。目前70兆怕的储氢系统,能量密度才每升800Wh。


燃料动力电池技术:重要是膜电极与空压机技术。一个是寿命问题,国内还只能做到几千小时耐久,日本丰田已经可以做到上万甚至几万小时;另外一个就是供应链问题,很多部件还依赖进口,成本大大上升。


加氢站基础设施建设:纯电动汽车目前面对充电不便的基础设施问题,氢燃料动力电池车也逃不过,甚至更严峻。纯电动汽车虽然充电慢,但除了超级快充站,在家里、单位里也能慢慢充,勉强可以用。若出行特性比较规律,甚至还挺方便,毕竟在家充电也省得跑加油站了,用车成本也更低。


氢燃料动力电池车没办法在家里加氢,只能依赖于加氢站;而加氢站成本很高,若用户规模不起来,那就得持续亏本运营,这种鸡生蛋、蛋生鸡的问题就非常难解决。所以普遍认为氢燃料动力电池车应该先应用在商用车上,因为商用车的路线比较规律,对加氢站数量的需求就比较小了。


除此之外,当前的工业副产品氢的纯度不够,在进一步提纯之前,无法直接用于氢燃料动力电池系统。


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