氢燃料电池相较于锂电池有哪些优势?
客观来看,目前中国纯电动车在世界范围内,不论是市场还是技术都处于领先地位,且从能源战略转型和交通合理性等方面来看,坚持以纯电动为发展重点符合国情。
不过,自今年李克强总理在访日期间前往北海道参观了丰田的氢燃料电池车“Mirai”以后,行业内外掀起了一波关于氢燃料电池汽车发展的热议,更有通过微博表达出对电动汽车着力纯电动技术路线的怀疑。
本文将从氢燃料电池与锂电池的动力性能及成本方面客观分析两者应用前景:单从技术角度来评估,氢燃料电池远胜于动力电池,比如加注时间氢燃料电池3分钟、5分钟,再大的车顶多10分钟、20分钟,而纯电动最少也需要半小时80%;行驶里程能够跑300公里、500公里、700公里,甚至重卡1000公里、2000公里都可以做到,而纯电动做不到。另外,氢燃料电池使用无污染,即便拆解后也无污染,但电池拆解有污染。
“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。
锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
氢燃料电池
氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。
氢燃料电池特点无污染燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
无噪声燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。
高效率燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。
总之作为汽车动力源,氢燃料电池相较于锂电池具有能量密度高、续航里程长、充电时间短、重量轻、性能提升空间大等诸多优点。若从两者的技术难度与成本来看,锂电池技术难度相对较小,生产相对成熟,同时整个制造产业链完善,正处于规模效应的扩大阶段,而氢燃料电池的关键材料催化剂、质子交换膜、双极板等国内产业链基本处于空白状态,同时制造成本及加氢站建设成本等高昂。
但在明天氢能总经理、创始人王朝云看来,如果追求短期利益最大化,不会想到氢燃料电池。纯电动路线的真正毛病就是,众多企业带着短期利益的强烈企图心。
“其实仅仅是利益的先后问题,(干氢燃料电池)可能开始你会活得很苦,但是放眼三年、五年是可以解决的。”王朝云说。
当然也有人持不同意见:纯电动是中国新能源乘用车的主流方案,燃料电池车不太可能取代纯电动车的地位。从城市间短途行驶的乘用车,到长距离的高铁,再到农村的两轮车、三轮车,有大量纯电动技术积累和优势,从交通出行合理性来看,也应将纯电动作为主流方案。
氢燃料电池的特点
无污染
氢燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
无噪声
燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。
高效率
燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。
今天有大量的电池技术,但锂在市场蛋糕份额最大。在氢燃料电池汽车与锂电池汽车的竞争中,目前锂电池纯电动汽车占有优势。而氢燃料电池汽车最大劣势在高昂的制造成本。因此,未来到底谁赢谁输,现在还不能早下结论。毕竟,电池的技术和设计日新月异,其中一个技术将最终占据电池的最高位置。
对于未来氢燃料电池与锂电池两者的关系,清华大学教授欧阳明高(同是动力锂电池和氢燃料电池的科研带头人)则表示,最有可能的是两者共存:“至少到2030年,乘用车领域可能纯电动更占主导,而有长距离运输要求的商用车领域燃料电池车会更多。”