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氫燃料動力電池和固態鋰離子電池的差別有什么?

鉅大LARGE  |  點擊量:1536次  |  2021年02月24日  

氫能燃料動力電池汽車具有無污染、能耗低、續航能力長、適用地域廣等諸多特點,目前已進入小規模商業化推廣階段。業內人士認為,預計在未來的三到五年時間內,即2020年左右,氫能產業會進入一個爆發期。和固態鋰離子電池相比,燃料動力電池最大優勢就是能量密度高,是鋰離子電池的120倍。


固態鋰離子電池起步早,商業化程度更高,整車成本也更低,且充電可以利用現有的電網系統,相比燃料動力電池整個加氫和供氫的配套網絡都要從頭建設,成本也要更低。因此這兩者的競爭核心就是能量密度vs成本的競爭。


1、燃料動力電池vs固態鋰離子電池成本比較


燃料動力電池發展的重要障礙就是成本高、制氫過程復雜,整個加氫和供氫的配套網絡則要從頭建設。氫氣通過電解或蒸汽重組的方法得到。不過這兩種方法成本頗高,制造同樣質量的天然氣所需的成本為制氫的1/2甚至1/3。


固態鋰離子電池生產成本相對較低,此外其重復充電利用非常方便,相比其他可攜帶能源,其具有更高的成本效益。


2、燃料動力電池vs鋰離子電池性能比較


雖然各國都在大力推廣電動汽車,但其占比依然很低。其根源就在于電動汽車違反了能量密度提升這一變革邏輯。哪怕是最新一代的鋰離子電池車,其能量密度極值也只有汽油的1/40。燃料動力電池的出現卻徹底改變了這一現狀。其能量密度是汽油的3倍,電動機的做功效率還是內燃機的2倍,實際密度是汽油的6倍,優勢明顯。


從這個角度看,采用氫能源的燃料動力電池無疑更能代表歷史發展的方向,最有望成為下一代的基礎能源。


3、燃料動力電池vs鋰離子電池安全性比較


鋰離子電池作為封閉的能量體系,從原理上高能量密度和安全性就很難兼容,否則就等同于炸彈。因此現在主流工藝路線中,能量密度低的磷酸鐵鋰安全性卻較好,電池溫度達到500-600度時才開始分解,基本不要太多的保護輔助設備。


固態鋰離子電池技術是目前車用動力鋰電池取得能量密度突破的重要方向。固態電池具備離子電導率高、機械強度高以及能量密度高等優勢,受益于國內鋰離子電池領域原有的技術積累和產業資源,可實現批量化生產且成本較低。固態電池在安全性與能量密度方面具備很大潛力,但是還需開展大量的研究工作改善電極/電解質界面、固體電解質加工以及化學穩定性等問題,彌補其低溫條件下續駛里程銳減、充電困難、溫控系統能效高等缺陷。


●氫燃料動力電池性能優勢明顯,但核心技術缺失、配套建設不足


氫燃料動力電池作為另一個發展分支同樣深受業界推崇。氫燃料動力電池具有重量輕、壽命長、能量密度高、補給時間短、續航里程更長以及不受環境影響等特點。但其關鍵部件質子交換膜、催化劑、雙極板等核心技術長期被國外壟斷,嚴重制約產業發展,而且國內尚未形成制氫、儲氫、加氫充分配套的氫能生態鏈,氫能基礎設施建設不足,短時間內難以大范圍推廣。


●兩種動力技術路線潛在應用優勢各有不同


國內新能源汽車發展環境復雜,需求各異,固態鋰離子電池和氫燃料動力電池兩種技術路線擁有各自的優勢和短板,面向實際應用各顯潛力。


就能源分布、氣候、地域以及區域功能性差異來看,兩條技術路線分別有用武之地。首先,國內煤礦資源分布不均,近50%的煤炭資源分布在華北地區,另有約30%的儲量在我國西北地區,而華東、西南等地區則少有煤炭資源。華北和西北地區電廠的多余產量可通過充電樁為固態鋰離子電池汽車供應動力來源,達到燃油代替和提高電力利用率雙重效果;


據統計2018年我國平均棄風率為7%,重要集中在新疆、甘肅、西藏等地區,隨著制氫技術的發展,這些未被利用的資源可以轉化為氫氣,并以壓縮氣態儲氫、液化儲氫等方式儲存起來。因此當地豐富的可再生能源為發展氫燃料動力電池汽車供應了得天獨厚的條件。其次,現有固態電池技術暫無法滿足東北等高寒地帶的應用需求,而氫燃料動力電池可作為替代技術在這些地區優先發展。再次,就地域條件而言,華東地區城市分布較為集中、發展迅速,用車數量持續上升且短途交通線密集,適宜發展固態鋰離子電池汽車。此外,港口加氫站集中布局難度相對較低,可針對停泊在港口的商用車進行轉型,在港口布局氫能產業;高速公路等沿線服務區也便于設立油氫混合站,打造氫能城際高速,實現加氫站與加油站、加氣站和充電站多站合一的布局。


根據汽車種類及用途的不同,兩種技術也各有所長。家用乘用車、公交車數量龐大,行程較短,更適合裝載高能量密度、小體積的固態鋰離子電池。而且相比氫燃料動力電池,固態鋰離子電池技術相對成熟,具備一定商業化基礎,可滿足乘用車及公交車的高需求量。商用車、物流車以及重型卡車要充足的乘用空間和長續航能力,裝載固態鋰離子電池會占用空間并新增負重,而氫燃料動力電池本身質輕,燃料借助外循環進入車體供應動力,在長途、重載方面實為取代燃油動力的首選。

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