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氢燃料电池走下神坛 能否与锂电池并驾齐驱飞入百姓家?

导读: 近日,有报道称,在2019年,有望正式实施针对氢燃料电池汽车的“十城千辆”推广计划,其中北京、上海等多个主要城市有望列为发展城市。

近日,有报道称,在2019年,有望正式实施针对氢燃料电池汽车的“十城千辆”推广计划,其中北京、上海等多个主要城市有望列为发展城市。随着氢燃料电池热度不断攀升,再加上国家相关鼓励政策的出台,氢能源能否成为成为固体电池之外的另一个技术路线?

其实,不少汽车业内人士宣称,现阶段的新能源汽车并没有我们所想象的零排放,其中,三元锂电池的原料开采以及后期组装都将会对环境造成污染,而从电力构成来看,热电厂依旧占据了大部分的发电量,而后期新能源汽车报废后,其电池回收处理也将对环境造成影响。因此,不少人表示,现阶段的新能源汽车并不是“新能源”。

而从量产的氢能源汽车来看,其综合续航在600-700公里之间,能量转化率高达60—80%,并且排放仅为无污染的水,并且具备其加注时间短、整备质量较轻等优势。因此,有人称氢才是人类社会的终极清洁能源。

从国内2018年推出的新能源补贴政策来看,已经将氢燃料电池列为补贴对象,显然,不管是车企还是政策导向,都不愿意在另一条新能源路线上落后对手太多,而从市场来看,国内氢燃料电池研发已经有所突破,距离量产已经近在咫尺。

而在近日,中国科学技术大学针对氢燃料电池研发了一种新的催化 剂,解决了氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机,延长电池寿命,并大大拓宽了电池使用温度环境,有望弥补固体能量电池对于环境温度的影响,对于寒冷的北方可谓是一个利好信息了。

既然氢能源优势如此之多,为何面对固体能量电池路线却节节败退呢?

氢能电池能否快速崛起

想要了解这个问题,我们就要从氢燃料电池根源说起,其实氢燃料电池汽车(FCEV)早在1893年已经提出了其技术路线,在长时间的发展之中,由于其价格以及材料问题,导致氢燃料电池始终无法大规模量产,直到2015年,丰田推出了第一款量产车型——Mirai,由此掀开了氢能源的市场之路。

很多人认为,氢燃料电池由于成本问题导致的市场化困难,尤其是燃料电池内部采用的铂元素,但从燃料电池使用量来看,100kW的燃料电池系统中使用的铂含量为41.67g。如果按照500元/g计算,成本约为20833元,相比50万左右的燃料电池汽车而言,催化剂以及质子交换膜都不是市场化阻碍的关键。

我们通过调查发现,制约氢燃料电池汽车发展的关键,恰恰是氢气的运输。氢气的生产并不像我们所想象中的采用电解获得,而是石油、煤、乙烯等原料进行处理时会以副产品的形式获得,成本极低。中石化资料显示,其年产氢气在200~300万吨,成本为20元~30元/吨,联想到氢燃料电池汽车加气量约为6-7Kg,续航就可达600-700公里,其成本优势是极为惊人的。

但由于产地和使用地距离问题,导致氢气运输成为了一个大问题,氢气具有一个非常特殊的现象——氢脆,在压力超过一定压力和温度的情况下,氢气会逃逸到金属中,造成金属材料的脆化,因此,不能采用普通的钢瓶运输。此外,加氢站建设成本极高,这也变相提升了氢气的价格。

从丰田Mirai加气成本来看,其价格约为39元/kg,其中氢气成本约占45%,运输成本约占20%以上,而特斯拉model s百公里耗电20kwh,约合16元。氢气的运输成本居高不下,成为了制约氢燃料电池发展的一道障碍。

固体能量电池的瓶颈

相比氢燃料电池,锂电池无论是原料还是产业链方面都已经非常成熟,大批量的生产导致其成本优势明显,此外,技术难度较小。

但在新能源补贴政策的倒逼之下,固体能量电池开始遇到了发展的瓶颈,其能量密度提升开始面临着更多的困难,勉强在政策的边缘徘徊。以松下与特斯拉联合推出的21700的NCA电池为例,其单体能量密度接近300Wh/kg,而国内电池企业基于NCM架构打造的NCM811电池,其能量密度仅为250Wh/kg。并且随着单体密度提升,其热稳定性差、充放电胀气等问题更为明显。

虽然可以通过电池管理系统加以控制,但也可看出,三元锂电池的发展已经放慢了速度。此外,寄予厚望的石墨烯电池技术也迟迟未能突破,仅靠不断加大电池数量提升续航的发展路线已经展现出了其发展局限性。

写在最后

氢燃料电池能否规模化普及,这其中有政策以及资本市场的推动,更有三元锂电池放慢发展的衬托,不过,氢燃料电池有加注时间以及温度工作区间等优势,对于寒冷的北方以及充电不方便的区域,将成为纯电动汽车的有效补充。但可以预见,氢燃料电池汽车刚刚走过起跑线,未来发展值得期待。

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