你知道燃料电池汽车应用难在哪吗？燃料电池历史及分类解读！
来源：宝鄂实业
2019-03-31 09:41
点击量：次
燃料电池是和太阳能电池齐名的新兴电池技术领域，它是一种将化学能直接转化为电能的发电装置，那么燃料电池如何分类，燃料电池汽车应用难在哪？
1、燃料电池历史及分类？
燃料电池最早由英国Grove在1839年发明，他用以铂黑为电极催化剂的氢氧燃料电池点亮伦敦演讲厅的照明灯，燃料电池名称则是由Mood和Langer在1889年首先采用，燃料电池按照工作温度不同，可分为低温燃料电池和高温燃料电池，低温燃料电池又分为碱性燃料电池（AFC=100度）、固体高分子型质子膜燃料电池（PEMFC<100度）、磷酸碱性燃料电池（PAFC=200度），高温燃料电池则分为熔融碳酸盐燃料电池（MCFC=650度）和固体氧化型燃料电池（SOFC=1000度）。
其中AFC最早应用于美国航天局太空计划当中，用于生产航天器中的电力和水，PAFC则是第一代商用的燃料电池，MCFC是第二代商用燃料电池，当前研发及使用的是第三代燃料电池技术SOFC，可用于氢动力汽车，其化学电能转化可达65%，功率输出为100KW/T，续航里程可达480公里以上。
2、燃料电池优势在哪？
燃料电池由科研走向商用，主要源于以下三大优势，首先是化学能转化效率高，当前利用碳氢燃料化学能转化率为40%,若直接利用氢气则可达到50%以上，若发电设施与燃气涡轮机并用，则可超过60%，若再将电池排放废热回收利用，则燃料能量利用率可达85%；其次是无电力传输的可靠性，燃料电池可独立于国家电网之外，既能提升电力覆盖区域，又能降低敌人瘫痪国家供电系统的风险;再者是燃料多样性，既能以氢气为主要燃料，又能从碳氢化合物或醇类燃料中萃取出氢元素加以使用，同时还能利用太阳能及风能等可再生能源提供电力，将水电解成氢气，再供燃料电池使用。
3、燃料电池汽车应用难在哪？
燃料电池汽车是日本车企主推的技术路线，其应用难主要体现在三个方面，首先是燃料电池成本高，其制造使用的交换隔膜及铂触媒均为贵重材料，由此会拉高燃料电池制造成本;其次是氢气储存及使用的安全性，氢气高度易燃易爆，尤其是应用于汽车行业，更像是挂着定时炸弹在出行;再者是基础措施薄弱，因大自然无现成氢气，碳氢化合物除了甲醇外都需要特定设备来分解后才能获取氢气，以供燃料电池使用，它无法利用现有的电网体系，需要投入巨额资金，新建发气装置及充气装置等基础设施。
在刚刚过去的2017年，蔚来、小鹏、车和家、威马等多家新造车势力纷纷推出了自家的首款量产车型或接近量产车的工程样车，上汽、广汽、比亚迪、北汽等传统汽车厂商也不断丰富着自己的新能源产品，新能源汽车领域可谓是风起云涌。
经过这一年的酝酿，在加上将会在今年4月1日正式实施的双积分政策助力，2018年的新能源汽车市场注定厮杀惨烈。
当然了，繁荣的景象掩盖不了新能源汽车所面临的阶段性问题，最大的问题便是动力电池的续航以及充电问题，这也是目前制约新能源汽车销售的主因。某种程度上讲，我们谈论新能源汽车，本质上就是在谈论电池。新年伊始，我们就来全方位的聊一聊现阶段的动力电池，种类有哪些？有什么优缺点？电池安全如何来保障？各家车企如何来选择？哪些电池供应商让人放心？你想知道的都会在这里。
一、我们该把电池摆在怎样的高度？
同内燃机在传统能源汽车上的作用一样，电池是新能源汽车的动力源，其重要意义不言而喻。
在纯电动汽车上，电池除了提供动力来源外，电空调、电制动、电转向三小电系统等也全部由动力电池来供应能源。
在成本方面，现阶段，电池成本占比达到了整车的 30%-40%，是三大电系统（电池、电控、电机）中占比最高的部分。作为对比，传统能源汽车上的发动机大概占整车成本15%左右。综合来看，电池是决定电动汽车续航、价格、驾乘品质的关键所在，每一点都是影响消费者购买意愿的重要因素。
二、动力电池的种类以及优缺点
不同电动车的续航、价格以及充电时间不同，其中很重要的一个原因就是车辆的动力电池种类不同。至于种类是如何划分的，各自种类有什么特点，稍后再说，我们先来看看车辆动力电池的组成。
动力电池常被称作是电池包，本质上来说，电池包就是靠一个个单个的电池芯组成的。首先，一定数量的电池芯会被组合到一起形成电池模组，然后多个电池模组再被组合到一起形成电池包。这样的组成形式有利于对电池进行统一管理与监控，同时具有不错的安全性。
电池芯、电池模块与电池包三者之间的关系。
对动力电池有了大概的认识之后，我们再聊电池的种类就比较清楚了。说是电池种类，其实严谨一些应该说是电芯的种类。前面讲到电池包是由一个个电池芯组成的，电池芯的种类就决定了电池包的形态、续航能力、充放电效果等。
首先，按照结构划分，电池芯可以分为圆柱电池、方壳电池以及软包电池。目前这三种结构电池芯在新能源车型上都有应用，比如特斯拉旗下车型都采用圆柱电池，日产Leaf（聆风）
则采用的是软包电池。
圆柱电池、方壳电池与软包电池典型形态。
圆柱电池应该是我们最容易想象到的结构，因为日常生活中我们最常接触的电池形式就是这种圆柱形。同我们常见的5号、7号电池类似，车用圆柱电池也具有特定的规格型号，比如18650、21700型号等，其中前两位数字表示圆柱电池的直径，18即代表18mm。三四位表示圆柱电池的高度，最后一位“0”则表示电池为圆柱形态。
这种圆柱电池最早是由索尼（SONY）公司设立标准并制造的，如今这种电池已经广泛应用在了新能源汽车领域。
因为圆柱电池具有统一的规格，因此设计打包成模组非常方便，但是其能量密度因为规格限制会受到影响。
方壳电池通常指具有铝制或钢制外壳方形电池，这种电池没有统一的规格限制，可以根据客户要求进行定制，相对来说，这种电池能量密度较高，重量较轻，但是长时间使用后其边角处电解液化学性能退化会比较明显，影响电池性能。
软包电池，顾名思义其电池外壳是由一层铝塑膜包装而成，因此设计较为灵活，可以随意改变形状、薄厚，打包成模组较为灵活方便。另外，这种电池重量轻、能量密度高、循环性好。安全方面也要比方壳电池和圆柱电池要高，是目前发展潜力较大的一种电池结构。
采用软包电池的日产Leaf电池组，可以看到其电池模块并不统一，摆放方向也不一致，电池包呈现出来的形态呈现不规则形。
上面是按照电池的形态划分，如果按照电池材料划分的话，电芯有磷酸铁锂、镍钴锰三元锂等不同类型，这里的材料指的是电池的正极材料，负极材料目前主要以石墨为主，硅碳负极因为能够极大拓展电池能量密度因此具有很高的关注度，是目前电池发展方向之一。
拿目前常见的磷酸铁锂电池和三元锂电池对比，两者属于优势互补，一方面磷酸铁锂具有较高的安全性，但是其循环寿命以及能量密度都较差一些。另一方面，三元锂电池具备较高的能量密度、循环寿命以及抗低温衰减能力，但是其安全性相对要低一些，至今我国仍然规定三元锂电池不能应用在大巴等商用车上。
不过也不用担心，无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池，应用之前都会经过火烧、碰撞、穿刺等安全测试。通过合理的电池管理系统以及温度控制系统，三元锂电池的安全性还是可以得到保障的。
三、电池供应商的崛起
要说新能源汽车发展最大的受益者是谁，那无疑是电池供应商了。在此之前，这些电池供应商的主要客户是消费电子类厂商，相比汽车厂商而言，这些客户的需求量只能算是九牛一毛。目前全球电池供应商主要集中在中日韩美四国，其中松下、三星SDI、LG、AESC、比亚迪、宁德时代等电池供应商年出货量都呈现逐年递增态势。其中宁德时代等电池供应商更是从名不见经传的“小厂”跻身行业领导者。
华晨宝马首款高端纯电动车“之诺1E”的动力电池系统由宁德时代和宝马共同开发，由宁德时代制造，与宝马的合作让宁德时代声名鹊起，随后大众、北汽、上汽等汽车厂商纷纷寻求合作。
面对崛起的电池供应商，大部分汽车厂商都抱以扶持和合作姿态，以谋求共赢。比如特斯拉和松下合作投资在美国建立Gigafactory超级电池工厂、上汽与宁德时代合作共建工厂、比亚迪与国轩高科合作共建工厂等，车企与电池厂商联姻的例子举不胜举。
特斯拉位于内达华州的Gigafactory工厂计划产能是35GWh，这一数字相当于2013年全球电池产量总和，最大产能实现之后电池成本预计可以削减30%。
在合作浪潮中也有不少例外，比如日产便抛售了自己控股的AESC电池公司。日产表示随着电动汽车的普及，电池行业将告别高利润，格局可能面临洗牌。而从整车企业角度来看，开放采购而不是把控一两家电池供应商，技术路线上风险更低，也有利于降低成本。
