燃料电池是否更值得用户期待?从电池能量密度说起

导语
纯电的一些“弊端”尚需时间解决,燃料电池是否应该受到更多关注和重视呢?汤叔又开聊,听听不一样的声音吧。
两年多前,当国内几乎所有新势力及传统主机厂,都在扎堆研发基于三元锂电池的纯电动乘用车时,丰田发布了一款可量产的氢燃料电池车Mirai,不过昙花一现,这款产品在国内并没有掀起多少媒体和用户的关注。为什么国内对燃料电池电动车的研发一直热度很低?燃料电池动力和三元锂动力在性能上到底有哪些差异?这些差异值不值得用户期待?今天我们就来聊下这个话题。 样式6 ■    新能源市场欣欣向荣,但纯电路线存在固有短板 其实国内的用户到目前为止,购买新能源车都是被迫选择,原因是中国的新能源市场从起步发展到现在包括将来很长一段时间,始终是一个政策市场,所谓政策市场指的是政策在推动产业发展,而不是用户需求在推动产业发展。 为什么这么多车企都在执着的研发着纯电车辆?首先是钱柜娱乐平台开了个好头,让大家有了参照的标杆,国家补贴也是倾向于纯电技术路线的,并且纯电路线最大的好处是可以比较快的规模化,工业化。因为国内像宁德时代、比亚迪这样的电池供应商已经发展成一定规模,电池产能也在每年提升。但是纯电动车真的就是用户最需要的产品吗? 766b7531219388ea9e9c7fa3f8cd1492 ▲引领电动汽车全球风潮的马斯克和它的钱柜娱乐平台车型 除了政策的倾向,以及电气化是中国社会的大势所趋外,纯电动车自身其实是具备一些短板的。最主要的两个不足是:能量密度低和生产及废弃过程会污染环境。次要短板包括:充电时间长,电池寿命有限,等等。 ■    能量密度是制约发展的重大问题,攻克尚待时日 曾经有一国外的MG视频算过一笔账,如果把一个燃油车和一个纯电动车从生产到使用直至报废的全生命周期进行二氧化碳排放的对比,纯电动车所排放的温室气体要远大于传统燃油车。不过,作为发展中国家,往往都会走过先污染后治理的过程,就像一线城市的雾霾,当人们还不知道PM2.5是什么的时候,其实它已经存在很多年了,只有当它影响到我们的生活,我们才会觉醒,懂得需要去治理他。所以,如果说环保问题还不是迫在眉睫的话,那么能量密度则是纯电动车的最大性能软肋。因为能量密度直接决定着续航里程和整车重量。 ▲看看国外学霸为纯电车型算的“环保账”。 如果看过钢铁侠1的话,应该对里面的这个桥段有印象:反派打造好了全套钢衣,却始终攻克不了TonyStark微型核反应堆的核心技术,最后只能通过窃取而获得了钢衣的动力。可见能量密度是直接影响到所有可移动产品的性能的最关键因素。 111 作为一台续航里程600公里的纯电动SUV,以现有的科技(包括轻量化,空气动力学优化,电控性能优化)仍然需要100度左右的电池储电量。而按照现有可量产电芯的能量密度加上电池包的重量,整个储能系统的重量将会达到800-900公斤,有些性能优化不好的产品甚至会接近1吨,如果整车轻量化和工艺控制不够好,整车重量很容易逼近3吨,蔚来接近2.5吨的整备质量会给能量使用效率产生很大掣肘。 es8-12-1024x768 ▲即使车身大半采用了铝合金,也难掩ES8车重巨大的现实。 这么大的重量用在乘用车上是非常可怕的,重量越大,匀速巡航时的滚动阻力越大,加速所需要消耗的能量也越多,从而会更进一步加大能量消耗,降低能量使用效率。不仅如此,车辆动态性能,极速性能,百公里电耗都会受到极大的影响。 t010012e2d572d8b491 ▲由于能量密度问题和诸多安全规范,电池组的重量远超燃油油箱。 当然,有些人用电脑的性能来打比方,比如说:当年电脑刚被发明出来的时候也有好几吨重,体积大到需要占满十几个房间,但随着技术的进步现在的电脑可以小到放到口袋。的确,IT行业的技术发展速度一直是按照摩尔定律进行的,也就是每18个月芯片的性能可以翻一倍。那么电池行业又摩尔定律吗?有,但是很遗憾,从锂电池大规模量产的90年代到现在20多年的发展历程中,量产锂电池能量密度平均每年的提升是5%-8%,远低于摩尔定律的Double速度。 b2bf8da6710d4887b6677a993fcadea2▲EDVAC是世界上第一台现代电子计算机(1949年冯诺依曼研制),但体积非常巨大。 ■    氢燃料电池在能量密度上拥有天然优势 正因为锂电池能量密度上的短板,就给氢燃料电池创造了机会。众所周知氢燃料电池并不是直接储存电能,而是通过燃料电池反应堆把氢气所具备的化学能转化成电能,再由电机把电能转化成机械能。这个过程有点像传统内燃机一样,把燃料所储存的化学能最终转化成机械能,所以得名燃料电池(Fuel Cell)。氢是目前地球上已知能量密度最高的元素之一,而且在地球上储量巨大,它的热值高达142千焦/克。这是什么概念呢?汽油的能量密度已经很高了吧?汽油的热值是44.3千焦/克,相差了3倍多。不仅如此,我们知道内燃机在转化热能时会有大量损耗,真正能够转化出来的机械能也就20-30%,而且内燃机汽缸数越多转速越高能量损耗越大。 20141128083241972 ▲燃料电池汽车的工作原理 而燃料电池的氢反应堆的能量转化效率在50%-60%以上,随着技术的不断进步,理论上氢能转电能的转化效率可以做到接近100%,电动机把电能转化成机械能的能量转化效率在90%以上。这样算下来,氢燃料电池动力的能量密度相当于传统燃油动力的将近10倍。也正因为在能量密度上的优势,让氢燃料电池车的小型化轻量化和高新能化成为可能。这也是为什么氢燃料电池车的续航里程可以很轻松的超过1000公里的原因,并且不会让整车变得无比沉重,整车的电能使用效率要远高于纯电动汽车。 除了新能源汽车还有刚刚发布的波士顿动力人工智能机器人。在机器人自动控制方面进一步进化到了可小跑以及自动导航寻找目标的状态,但往往最制约这种可移动装备的并不是自动控制和自动导航技术,而是它的电能供给。之前美国军方原本采购波士顿动力的人工智能机器人作为军用武器,但由于锂电池的能量密度太低,机器人能耗太高,导致虽然我们我们在视频里看到的动作都很精彩,但续航里程十分有限,仅能拿出来作秀,无法投入商业量产。试想如果给这样的人工智能机器人装上能量密度更高的并且小型化后的氢燃料电池,或许离商业化可以更进一步了。 t0108d78653919f9f66 ▲波士顿动力的机器人已经学会跑步了,何时能见诸市场。 ■    纯电主要胜在工业化生产的可行性,但燃料电池的热度正在升高 当然,纯电动汽车也不是完全一无是处,首先它是目前能够具备大规模工业生产的电动车解决方案。由于使用量大,电芯成本也在逐年下降,并且国内已经具备大规模生产动力电池的生产能力。而氢燃料电池的成本始终是最大的制约其普及的因素,国内并没有掌握其核心材料技术,也不具备大规模工业化生产能力。 不过就在本月11号,李克强总理访问日本,在安倍晋三的陪同下参观了丰田汽车公司,丰田公司社长丰田章男详细向李克强总理介绍了丰田汽车的各种新技术,包括采用氢燃料电池技术的量产车Mirai。众所周知,日系厂商有别于欧美,选择了一条氢燃料电池的技术路线,并且早已取得了相对领先的进展(Mirai2015年就在日本开始销售了),那么丰田是否能像Hybrid技术那样引领行业发展呢? 2009年,我曾在专栏介绍过采用Hybrid技术的丰田凯美瑞混动版,并提到:当欧美品牌厂商意识到Hybrid混合动力是大势所趋的时候,才发现自己已经落后丰田十年了,从而大量购买丰田的技术。如果接下来国家对氢燃料电池技术开始有政策利好,那么相信很短的时间里,国内就会有氢燃料电池新能源车可供用户选择,如果能够加大氢燃料电池的补贴力度,相信它将会离我们的生活越来越近。我和电动邦也会随时跟踪氢燃料电池的在国内市场的动向,为用户介绍和推荐富有竞争力的车型。 未标题-1

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