燃料電池VS鋰離子電池 各自優(yōu)劣勢(shì)在哪
2016年11月30日 8:48 4163次瀏覽 來(lái)源: 動(dòng)力電池網(wǎng) 分類: 鋰
目前,新能源汽車技術(shù)主要集中在兩個(gè)方向:首先是鋰電池汽車,比如人人熟知的汽車界的“高帥富”代表特斯拉;其次是燃料電池汽車,如前幾年韓國(guó)現(xiàn)代造出了全球首款量產(chǎn)版氫燃料電動(dòng)汽車ix35 FCV。
作為全球電動(dòng)汽車研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化“領(lǐng)頭人”,日本新能源車企在電動(dòng)汽車技術(shù)路線上與我國(guó)并不一致,他們的主流方向在燃料電池方面。在2014年12月,豐田正式推出全燃料電池電動(dòng)汽車Mirai;本田也將在今年推出新一代燃料電池汽車FCV Clarity。
對(duì)于鋰電池汽車和燃料電池汽車的路線之爭(zhēng)由來(lái)已久,那么鋰離子電池和燃料電池到底哪種動(dòng)力系統(tǒng)更加合適未來(lái)的電動(dòng)汽車行業(yè)?他們各自的優(yōu)劣勢(shì)在哪里?
燃料電池VS鋰離子電池
?。ㄒ唬┌踩阅艿妮^量
在能量密度、循環(huán)壽命、安全性能等這些技術(shù)指標(biāo)中,最核心的要素是安全性。然而今年以來(lái),鋰電池汽車燃燒爆炸,鋰電池工廠起火事件不斷。業(yè)內(nèi)人士表示,鋰電池汽車在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中,安全性的問(wèn)題已日漸凸顯。
據(jù)了解,目前加強(qiáng)鋰離子動(dòng)力電池安全性主要通過(guò)熱控制技術(shù)(PTC電極)、正負(fù)極表面陶瓷涂層、過(guò)充保護(hù)添加劑、采用電壓敏感隔膜以及阻燃性電解液等方式,來(lái)改善鋰電的安全性。
“嚴(yán)格意義上說(shuō),這些措施都不可能從根本上解決鋰離子動(dòng)力電池的安全性問(wèn)題,從目前情況來(lái)看鋰離子動(dòng)力電池在安全性問(wèn)題上還沒(méi)有妥善解決。”上海攀業(yè)氫能源科技有限公司總經(jīng)理董輝坦言,就算是非常優(yōu)秀的BMS也不能完全解決鋰離子動(dòng)力電池安全性問(wèn)題。
相對(duì)于鋰離子電池,燃料電池的安全性則明顯較高。據(jù)國(guó)外的綜合測(cè)試結(jié)果表明,即使是在工作狀態(tài)下對(duì)燃料電池堆進(jìn)行穿刺短路,也不會(huì)引起電堆火災(zāi)和爆炸發(fā)生,這主要是因?yàn)殡姸褍?nèi)部氫氣的量并不大,而且氫氣閥門可以迅速被切斷。
所以,燃料電池汽車只有在遭受重大交通事故或者應(yīng)力疲勞導(dǎo)致儲(chǔ)氫瓶破損氫氣泄漏的情況下,才有可能引發(fā)諸如爆炸這樣的重大安全問(wèn)題。
“氫氣泄露積累到爆炸下限濃度要將近10秒的時(shí)間,在氫氣傳感器的警報(bào)下乘客有一定的逃離時(shí)間。加上氫氣的特點(diǎn)是非常輕,泄漏之后迅速上升,在通風(fēng)良好的環(huán)境下很難發(fā)生爆炸。”董輝解釋道,氫氣灌在使用之前都是要進(jìn)行火燒、槍擊等試驗(yàn),合格之后才能使用,相對(duì)于鋰電池汽車,燃料電動(dòng)汽車在安全性能上更勝一籌。
(二)能量密度的較量
眾所周知,當(dāng)前新能源汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化所面臨的第一大障礙,就是續(xù)航里程。續(xù)航里程是由動(dòng)力電池系統(tǒng)所能夠釋放出來(lái)的電能決定的,近期政府提出一個(gè)“硬性指標(biāo)”,就是到2020年,在滿足安全性及其它技術(shù)指標(biāo)前提下,鋰離子電池能量密度需達(dá)到350Wh/Kg。
據(jù)獲悉,要想使鋰離子電池成為“真正”的高能量密度電池僅有兩條道路:提高電池工作電壓或者提高正負(fù)極材料的比容量。要想在能量密度上“突飛猛進(jìn)”,鋰離子電池的下一個(gè)突破點(diǎn),可能在于做全固態(tài)鋰離子電池。
而針對(duì)燃料電池能量密度,董輝表示,“燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池,電就被生產(chǎn)出來(lái)。從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等,像一個(gè)蓄電池,但實(shí)質(zhì)上它不能‘儲(chǔ)電’而是一個(gè)‘發(fā)電廠’”。
由此可見(jiàn),燃料電池的能量密度并不取決于燃料電池電堆本身,而取決于其攜帶的氫氣重量。而對(duì)于一個(gè)功率一定的燃料電池系統(tǒng),其能量密度實(shí)際上是由儲(chǔ)氫系統(tǒng)的儲(chǔ)氫質(zhì)量/體積百分比決定的。同等條件下,想要提高FC-EV續(xù)航里程必須采用更高效率的儲(chǔ)氫系統(tǒng)。
“特斯拉電池能量密度是170Wh/Kg,目前鋰離子可以做到220Wh/Kg左右,寧德時(shí)代稱將會(huì)推出能量密度為300Wh/Kg的鋰離子電池。而燃料電池可以很輕松達(dá)到600Wh/Kg,并且今后有望突破1000Wh/Kg。”易津資本投資經(jīng)理周道武提道。
(三)鋰離子電池倍率與燃料快充問(wèn)題
對(duì)于鋰電池汽車而言,充電時(shí)間長(zhǎng)成為阻礙其推廣的重要因素之一,因此“快充”技術(shù)也成為眾多鋰電池廠研究的重要方向。特斯拉85千瓦時(shí)電池使用超級(jí)充電站40分鐘可充80%,保時(shí)捷也開(kāi)發(fā)出800V快速充電技術(shù),在15分鐘內(nèi)將MissionE電池充到80%。
快充固然很受用,但也引來(lái)弊端。董輝表示,“充電時(shí)間大大縮減,也在不斷地挑戰(zhàn)著電池材料和電池設(shè)計(jì)的物理極限,甚至是威脅著電池的壽命”。
除了快充之外,換電模式也是不錯(cuò)的選擇,但將動(dòng)力電池設(shè)計(jì)成可插拔式會(huì)帶來(lái)整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題以及電氣絕緣方面的難題,當(dāng)然還有尚未統(tǒng)一的電池標(biāo)準(zhǔn)。
在鋰電池在排除萬(wàn)難解決充電問(wèn)題的時(shí)候,燃料電池卻可以輕輕松松的加注氫氣。幾乎所有的燃料電動(dòng)汽車都可以實(shí)現(xiàn)在三分鐘之內(nèi)加滿氫氣,這對(duì)于鋰離子電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)是“可望而不可即”的事情。
值得一提的是,得益于獨(dú)特的開(kāi)放式工作原理,燃料電池可同時(shí)兼?zhèn)涓吣芰亢透吖β实奶匦?,這正是當(dāng)下汽車對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的最基本技術(shù)要求。
燃料電池發(fā)展為何受阻
從當(dāng)前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看,鋰電池汽車的發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)體系,而燃料電動(dòng)汽車僅停留在研發(fā)階段,產(chǎn)業(yè)方面幾乎一片空白。而最主要的原因是,鋰電池汽車相對(duì)于燃料電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō),其最大的優(yōu)勢(shì)就是成本低,不論是科研成本還是汽車造價(jià)成本都更具有優(yōu)勢(shì)。
在實(shí)地測(cè)量燃料電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性時(shí),計(jì)算得出每跑1KM需要花費(fèi)0.6元左右;而鋰電池汽車只需不到0.1元。相差如此懸殊,消費(fèi)者自然會(huì)選擇低成本的鋰電池汽車作為出行工具。
在造車方面,2013年韓國(guó)現(xiàn)代下線的全球首款量產(chǎn)版氫燃料電動(dòng)汽車ix35FCV,其最初售價(jià)高達(dá)85.5萬(wàn)人民幣,這個(gè)價(jià)格可以買一輛非常“牛逼”的特斯拉了,一般平民百姓如何消費(fèi)的起?再比較一下國(guó)內(nèi)的比亞迪電動(dòng)汽車大多在20幾萬(wàn)之間,鋰電池汽車的價(jià)格優(yōu)勢(shì)可見(jiàn)一斑。
為何燃料電動(dòng)汽車會(huì)貴到“令人發(fā)指”的地步?據(jù)周道武介紹,燃料電池昂貴主要有三個(gè)原因:①使用碳載鉑催化劑,②隔膜被國(guó)外一兩家隔膜企業(yè)壟斷,③極板等小批量制作成本高。要想解決燃料電動(dòng)汽車造價(jià)問(wèn)題,首先得找到替代鉑金屬的材料,或者最大限度地降低鉑金屬使用量,從而降低成本。
“目前來(lái)看,燃料電池技術(shù)已經(jīng)基本成熟,阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的主要原因是成本高和配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善。”周道武表示,一個(gè)普通的燃料電動(dòng)汽車充電站所需成本在100-200萬(wàn)美元之間,而鋰電池汽車充電站僅需10萬(wàn)美元。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前全球有超過(guò)200座加氫站投入實(shí)際使用,還有百余座正在籌建,這些加氫站大部分位于日本、德國(guó)和美國(guó)加州。我國(guó)僅在北京和上海各有一座示范加氫站。
“燃料電池只有大規(guī)模應(yīng)用才會(huì)進(jìn)一步降低成本,形成一個(gè)良性循環(huán)。燃料電池的推動(dòng)涉及很多方面,制氫(提純)、儲(chǔ)氫、運(yùn)輸、加氫站等,這個(gè)過(guò)程比鋰電池汽車復(fù)雜,并且需要的資金也更多。”董輝表示,政府的推動(dòng)作用非常重要,國(guó)外燃料電池汽車的成功應(yīng)用也將會(huì)給國(guó)內(nèi)資本和政府決策很好的引導(dǎo)作用。
“氫氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用是相輔相成的,產(chǎn)業(yè)鏈的各方面都相互牽制相互促進(jìn)。如工業(yè)廢氫將是很好的氫氣來(lái)源,但企業(yè)花錢提純后使用端沒(méi)打通,不能形成一個(gè)有價(jià)值的閉環(huán),企業(yè)只能選擇將廢氫直接排放。”周道武認(rèn)為,大規(guī)模資本流入才能撬動(dòng)這樣大的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。而在此之前,基礎(chǔ)研究仍是非常重要的事情,開(kāi)發(fā)低成本的催化劑、新型儲(chǔ)氫材料等都會(huì)在一定程度加速氫燃料電池的進(jìn)程。
責(zé)任編輯:周大偉
如需了解更多信息,請(qǐng)登錄中國(guó)有色網(wǎng):hainanguoquan.com了解更多信息。
中國(guó)有色網(wǎng)聲明:本網(wǎng)所有內(nèi)容的版權(quán)均屬于作者或頁(yè)面內(nèi)聲明的版權(quán)人。
凡注明文章來(lái)源為“中國(guó)有色金屬報(bào)”或 “中國(guó)有色網(wǎng)”的文章,均為中國(guó)有色網(wǎng)原創(chuàng)或者是合作機(jī)構(gòu)授權(quán)同意發(fā)布的文章。
如需轉(zhuǎn)載,轉(zhuǎn)載方必須與中國(guó)有色網(wǎng)( 郵件:cnmn@cnmn.com.cn 或 電話:010-63971479)聯(lián)系,簽署授權(quán)協(xié)議,取得轉(zhuǎn)載授權(quán);
凡本網(wǎng)注明“來(lái)源:“XXX(非中國(guó)有色網(wǎng)或非中國(guó)有色金屬報(bào))”的文章,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不構(gòu)成投資建議,僅供讀者參考。
若據(jù)本文章操作,所有后果讀者自負(fù),中國(guó)有色網(wǎng)概不負(fù)任何責(zé)任。