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成本和壽命制約 氫燃料電池車何時(shí)駛?cè)肟煨械溃?/h2>

時(shí)間:2016-02-19 13:29來源:中國科學(xué)報(bào) 作者:西顧
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     雖然氫燃料電池車的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，但是氫燃料電池的成本和壽命是制約其發(fā)展的兩大瓶頸。
 
     氫氣是全世界公認(rèn)的環(huán)保燃料，在燃燒后不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳等溫室氣體，因此在許多年以前不少汽車廠商就開始在做關(guān)于氫燃料方面的開發(fā)，燃料電池就是鏈接氫與汽車的“紐帶”。
 
     當(dāng)新能源汽車的概念與純電動(dòng)汽車漸漸畫上等號(hào)時(shí)，氫燃料電池車等新能源汽車的其他動(dòng)力成員似乎漸漸淡出了公眾的視線。然而，近日幾則關(guān)于氫燃料電池車的新聞，讓氫燃料電池技術(shù)重回公眾視線。
 
     最近在美國底特律舉行的車展上，來自德國奔馳公司的研發(fā)部門主要負(fù)責(zé)人托馬斯·韋伯（Thomas Weber）在接受媒體采訪時(shí)表示，奔馳將推出的GLC F-Cell由最新的燃料電池技術(shù)打造，其電池體積已大幅縮小。他還透露，奔馳目前已做好了該項(xiàng)目的相關(guān)準(zhǔn)備工作，預(yù)計(jì)該車將于2017年亮相法蘭克福車展，其主要競爭對(duì)手為豐田Mirai、本田FCV Clarity及寶馬將于2020年推出的首款燃料電池車。
 
      在1月26日，起亞汽車澳大利亞分公司也對(duì)外宣布，他們一直在考慮采用最佳戰(zhàn)略為汽車引入可替代動(dòng)力技術(shù)，并且傾向于采取氫燃料電池技術(shù)。作為該公司的母公司，韓國汽車制造商現(xiàn)代企業(yè)集團(tuán)已經(jīng)開始研發(fā)氫燃料動(dòng)力技術(shù)，目前該技術(shù)已經(jīng)在其ix35 Fuel Cell車型中采用，并在美國和歐洲部分地區(qū)限量銷售。
 
      而這些利好的消息，是否能夠讓氫燃料電池車成功逆襲，為新能源汽車發(fā)展提供更好的思路？
 
氫燃料優(yōu)勢(shì)明顯
 
      雖然氫燃料電池的原理早在19世紀(jì)就被發(fā)現(xiàn)，但真正作為汽車動(dòng)力考慮還在20世紀(jì)后，這與人類越來越注重溫室氣體排放有關(guān)。氫氣則是全世界公認(rèn)的環(huán)保燃料，不含碳元素，在燃燒后不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳等溫室氣體，因此在許多年以前不少汽車廠商就開始在做關(guān)于氫燃料方面的開發(fā)，燃料電池就是鏈接氫與汽車的“紐帶”。
 
      燃料電池（Fuel Cell），顧名思義，是通過燃料的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電能的一種發(fā)電裝置。氫燃料電池車就是將氫氣和空氣送入燃料電池中，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)生電能。從驅(qū)動(dòng)方式來說，這與純電動(dòng)汽車并無不同，只是一個(gè)來自蓄電池，另一個(gè)則需要通過燃料電池發(fā)電。
 
      但與純電動(dòng)汽車中電池的充電放電過程不同的是，在氫燃料電池內(nèi)部，一場(chǎng)激烈的“交鋒”正在展開。氫燃料電池汽車的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。而它們的附加產(chǎn)物只有水，電流用來給電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，產(chǎn)生的水則直接排放出來。甚至有人認(rèn)為，從理論上講，從排氣管排出來的水為純凈水，可以直接拿來飲用。
 
       盡管現(xiàn)在氫燃料主要是從天然氣中獲得，但是未來可以利用可再生的生物質(zhì)或者水電、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿仍偕茉粗迫淙剂稀?/span>
 
       而且，相較于純電動(dòng)車背負(fù)的沉重龐大的電池組來說，氫燃料電池車只需要一個(gè)或多個(gè)氫燃料瓶。“在純電動(dòng)車中，電池占了很大的重量比例，如果要純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加一倍，那汽車的重量基本上也要翻一番。氫燃料電池車則不存在這個(gè)問題,因此比純電動(dòng)車具有更好的續(xù)航能力。”同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院副研究員鄭俊生告訴記者，氫燃料電池車的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是只須加氫而非充電，“與充電的時(shí)間相比，加氫的時(shí)間則與現(xiàn)在加油的時(shí)間基本一致，大約需要5到10分鐘。而且，我們還可以通過加裝多個(gè)氫氣瓶的方式，延長續(xù)航里程。”
 
       也因?yàn)槿鄙倭顺林佚嫶蟮碾姵亟M，氫燃料電池車的底盤設(shè)計(jì)的靈活性也可以得到保障，車內(nèi)的空間也并不會(huì)受到太大影響。
拿豐田汽車公司目前一款成功量產(chǎn)的氫燃料電池車Mirai舉例，據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）官方公布的續(xù)航里程達(dá)到了502公里，而加氫速度也是飛快，官方數(shù)據(jù)是僅需3~5分鐘即可加滿。
 
瓶頸依然存在
 
        雖然氫燃料電池車的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，但是氫燃料電池的成本和壽命是制約其發(fā)展的兩大瓶頸。
 
        因?yàn)闅淙剂想姵匦枰褂勉K金類催化劑，才能通過氫氣和氧氣產(chǎn)生電能，其工作過程需要鉑金屬納米顆粒提供反應(yīng)的“中心”，不過這樣做的成本很高。鉑金就是日常生活中人們熟識(shí)的白金，高昂的價(jià)格，讓氫燃料電池的成本問題較為嚴(yán)峻。“如果氫燃料電池不實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的話，成本下降較為困難。”鄭俊生表示。
 
        其次，燃料電池汽車的壽命離真正使用還有一定距離。盡管世界各國的研究人員一再提升氫燃料電池的使用壽命，目前世界上最好的氫燃料電池的理論壽命也只停留在8000~10000小時(shí)（若按每天工作4小時(shí)計(jì)算，氫燃料電池的使用時(shí)間約為5~6年）。而在鋰電池中，以循環(huán)次數(shù)較多的三元鋰電池為例，其壽命在理論上則能達(dá)到4000個(gè)周期（相當(dāng)于8~10年）。
 
        此外，基礎(chǔ)設(shè)施也是氫燃料電池車難以大規(guī)模普及的原因之一。因?yàn)榕c電力增容、安裝充電設(shè)備相比，氫燃料電池車還需要重新建立足夠密集的加注管網(wǎng)。而且，氫氣的貯藏與運(yùn)輸是個(gè)難題。“現(xiàn)在加氫站和氫燃料電池車的關(guān)系有點(diǎn)像‘雞生蛋還是蛋生雞’。”鄭俊生舉例說，“因?yàn)榧託湔静粔蚨�，所以人們購買氫燃料電池車的積極性不高；反過來說，因?yàn)闆]人購買氫燃料電池車，所以建立更多的加氫站意義不大。而目前全國計(jì)劃在建的加氫站也只是個(gè)位數(shù)。”
 
技術(shù)組合才能讓新能源更好
 
        雖然，很多媒體都在放大氫燃料電池車與純電動(dòng)車之間的矛盾，但實(shí)際上，新能源的使用并非非此即彼，而是可以多種融合。
 
        奔馳公司將于明年推出的氫燃料電池車也是鋰電池與燃料電池的合作。因?yàn)槿剂想姵夭痪邆鋬?chǔ)能的功能，只是相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，而鋰電池則恰恰可以將多余的電能儲(chǔ)存，兩者相加才能讓新能源發(fā)揮更好的作用。
 
        比如，Mirai也是混合鎳型電池與氫燃料的產(chǎn)物。“氫的能量密度很高，它可以讓汽車行駛更遠(yuǎn)的距離，但功率密度卻不高。如果氫燃料電池和其他電源混合使用，比如鋰電池或者超級(jí)電容器，則可以相互輔助,使汽車具有更長的續(xù)航里程和更好的操控性。比如，100公里左右的行駛距離，駕駛者可以選擇使用鋰電池供電，一旦駕駛汽車進(jìn)行遠(yuǎn)途旅行，那么氫燃料就可以提供更長的續(xù)航里程。”鄭俊生解釋道。
 
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    近年來，憑借高密度、更安全性、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是“最具潛力的下一代鋰電池技術(shù)”的固態(tài)電池受到市場(chǎng)關(guān)注，最新消息不斷。
    2024-04-22 18:17

  • 鋰礦龍頭一季度預(yù)虧超36億元，收深交所關(guān)注函！

    4月23日晚間，天齊鋰業(yè)發(fā)布業(yè)績預(yù)告，預(yù)計(jì)今年第一季度同比由盈轉(zhuǎn)虧。 同日晚間，深交所對(duì)天齊鋰業(yè)下發(fā)關(guān)注函，要求其結(jié)合主營業(yè)務(wù)開展情況、產(chǎn)品產(chǎn)銷量、產(chǎn)品價(jià)格等，分析2024年一季度虧損較2023年四季度大幅增加的原因，并說明是否存在持續(xù)虧損風(fēng)險(xiǎn)等。 鋰
    2024-04-25 09:30

  • 又有車企公布全固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間！

    當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月16日，日產(chǎn)汽車公開全固態(tài)電池試生產(chǎn)線的預(yù)定設(shè)置場(chǎng)所，在生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)等的橫濱工廠建筑內(nèi)確保了約1萬平方米空間，為搬入設(shè)備推進(jìn)施工。 日產(chǎn)計(jì)劃2025年3月開始生產(chǎn)全固態(tài)電池，目標(biāo)2028年度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)日產(chǎn)介紹，全固態(tài)電池的能量密度是傳統(tǒng)鋰離
    2024-04-18 08:43
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