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电池知识

是什么导致氢燃料电池制造和维修保养成本如此之高?

来源:宝鄂实业    2019-05-04 20:02    点击量:

燃料电池就像高高屹立在青藏高原上的珠穆朗玛峰,无论从哪个角度看,风景都很美,但离我们很遥远。

迄今为止,珠穆朗玛峰仅有为数不多的职业登山家成功登顶,大多数人无法攀登,这与氢燃料电池汽车很相似。目前,各国仅推出少量车型用于研究、验证或者局部使用,广大消费者还不能方便地享用。

应用前景很诱人

科学家很早就发现了燃料电池的技术原理,当时,这一发现囿于诸多限制因素没有引起大家的足够重视。近年来,随着空气污染加剧、石油资源日益减少,燃料电池汽车引起了广泛关注。

燃料电池根据电解质不同,可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)等几种。车用燃料电池大多采用质子交换膜燃料电池。

燃料电池优势非常突出。同济大学张智明博士说:“目前为止,还没有哪一项能源生成技术像燃料电池那样将诸多优点集于一身。”

燃料电池具有较高的能效。燃料电池将化学能直接转换为电能,不会因为燃烧作用产生大量废气与废热,能量转换率约为传统内燃机的3倍以上。目前,直接使用氢气的系统效率超过50%,如果将燃料电池排放的废热加以回收利用,能量利用率超过85%。而传统内燃机的热效率大约为20%~30%。

燃料电池具有环境亲和性。部分燃料电池会排放二氧化碳,但远低于燃烧汽油的排放量(约为其1/6)。氢燃料电池尾气排放只有水,真正做到了无污染,无温室气体排放。

燃料电池还有无火花、低噪声、无废弃物处理问题、高机动性等特点。目前,燃料电池的能量密度已从早期50~80Wh/kg提高到3000Wh/kg,比锂离子电池高出许多倍。

燃料电池汽车的续驶里程不低于传统燃油汽车。国外相关机构研究表明,一加仑汽油与一公斤氢气行驶里程相当。

燃料电池的氢来源广泛,成本也较低,据介绍,天然气、甲醇制解、水电解等都可以制造氢气,许多化工企业生产过程中会产生大量氢气,完全可以回收利用。华南理工大学教授廖世军说:“用天然气制氢,大约每立方米花费3元,电解水制氢,每立方米大约需要4度电。”

推广难题多

燃料电池优点突出,缺点也很明显,推广使用还有很多难题需要解决。

燃料电池的成本非常高。廖世军告诉记者,质子交换膜和铂催化剂均为昂贵材料,导致每辆车成本大约为150万~200万元人民币。同济大学张智明博士向记者提供了几个数字,质子交换隔膜的价格大约为每平方米300美元,约占成本的35%,PEMFC中每平方厘米铂催化剂含量约为0.5毫克,约占成本40%。

氢燃料电池的安全成本比较高。目前,加氢站普遍采用低压取氢、高压注入方法。压力为35MPa或者70MPa,这对储氢罐提出了很高的安全要求。一位国外燃料电池专家告诉记者,有些跨国汽车企业采用铝合金和碳纤维制造储氢罐,比一般氢气瓶成本高很多。加氢站安全要求很高,加氢站的建设成本也非常高。氢气运输也是人们不得不考虑的因素。

燃料电池汽车原理很简单,但几位专家都告诉记者,真正投入到实际运用中,燃料电池汽车的系统非常复杂,这导致其制造和维修保养成本比较高。

燃料电池存在寿命问题。几位专家均告诉记者,如果氢气纯度不高,铂催化剂会中毒。为了保证使用寿命,氢燃料电池均使用高纯度氢气,据介绍,氢气纯度一般要求达到99.99%,有些要求达到99.9999%。一般工业制氢纯度为99%,每提高一个数量级,成本增加很多。另外,燃料电池汽车频繁起停也会大大缩短寿命。

各国努力研发新技术

最新数据显示,未来10年内,全球燃料汽车市场份额将高达1800亿元,各国加紧研发新技术,新材料,抢占未来汽车市场的主导权。

各国在燃料电池上的研发主要集中于降低铂催化剂用量;增强催化剂稳定性;开发更便宜的质子交换膜;提高膜电极性能;优化燃料电池系统;燃料电池水管理和热管理;提高燃料电池系统的效率和寿命等。

张智明说:“国外有些燃料电池铂含量降低为0.18g/cm2,成本大大降低。”

清华大学教授李建秋说:“2011年,燃料电池成本达到49美元/Kw,预计2017年将达到30美元/Kw。”

廖世军说:“燃料电池寿命目标是1万小时,现在有些国家已经超过。”

从基本面看,整个锂电池板块市盈率已高达95倍,进一步确认其高估值的状态。显然,一旦大多数投资者意识到这一正反馈过程(恶性循环)无法持续时则将同时涌现大量的卖盘,市场将可能表现出极不稳定的状态,如同“走钢丝”一般,一丝的扰动影响都将造成股票价格的紊乱失序甚至崩盘式下跌。

由此,我们认为特斯拉股价与沪深两市的特斯拉概念股票均表现出了强的泡沫特征,其短期趋势很大程度上取决于人们对电动汽车未来预期的动物精神。特斯拉旋风所带来的不过是人们对于电动汽车美好未来的憧憬,而市场对特斯拉概念的躁动正是资本对电动汽车技术最好的普及与宣传,为其未来的技术发展与突破蕴育、积聚更多的资源。

如今的特斯拉股票存在严重的泡沫。而受特斯拉的影响,我国锂电池概念股一直都很坚挺也存在泡沫风险。

德意志银行给予特斯拉汽车开出的目标价仅有35 美元,理由是:“特斯拉虽然该季度订单流量表现强劲,但是要实现持续盈利依然遥远,当前股价飙涨很大一部分原因并非由公司基本面推动,而是由于股票市场的技术原因导致,如卖空股份过高+借贷流动性有限+借贷成本等增加导致。”

而在我国,锂电池股票更是不断上升。从基本面看,整个锂电池板块市盈率已高达95倍。这就意味有无数的不可控的风险开始来临。

不过从未来趋势来看,特斯拉发展还将会高歌猛进,它的股票价格也会维持在100美元以上。而我国受到新能源经济政策的影响,锂电池整体市场趋旺,锂电池企业也会步入盈利高峰。

 

近年来,随着空气污染加剧、石油资源日益减少,燃料电池汽车引起了广泛重视。其所用到的昂贵的铂金属使之成本惊人,从而大大限制了其发展,目前,各国均在研究如何降低成本,其中非铂催化剂研究是关键。

燃料电池优点很多,缺点也很明显,专家认为,燃料电池存在5个问题阻碍了推广应用,成本太高、系统太复杂、储氢成本高、氢加气站建设难度大以及燃料电池寿命短。就目前情况看,如果不能研发出非铂催化剂,全世界的铂供给汽车产业都不够使用。

各国在燃料电池上的研发主要集中于降低铂催化剂用量;增强催化剂稳定性;开发更便宜的质子交换膜;提高膜电极性能;优化燃料电池系统;燃料电池水管理和热管理;提高燃料电池系统的效率和寿命等。