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鋰電與氫能,誰才是未來?

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發布:liuxianglong 來源: 易車網
PostTime:22-2-2020 10:36
目前的電動車都是電池車,實際上一百多年前就有雛形,后來一種發展為現在的鋰電池,另一種就是氫燃料電池。

以下為文章全文:(本站微信公共賬號:cartech8)


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目前的電動車都是電池車,實際上一百多年前就有雛形,后來一種發展為現在的鋰電池,另一種就是氫燃料電池。

由于眾所周知的原因,今天燃油車被全球各地政府“圍追堵截”,電池車被“欽定”為更適合代步的未來交通工具,于是繼上世紀初之后,電池車迎來了它的第二次爆發,與此同時,鋰電池和氫電池的“路線之爭”也喧囂塵上。

特斯拉認為氫燃料電池技術“極其愚蠢”,認為這條路走不通,目前主流車廠也大都不約而同邁上鋰電之路,似乎氫燃料敗局已定。但日本不這么想,已計劃成為全球第一個氫能社會——2021年3月之前,日本政府和汽車行業將共同建成160個加氫站,量產4萬輛氫燃料電池車。

最終兩者誰能獲勝?如果你也對此好奇,就一同來做個比較。

氫燃料電池有什么優勢

很明顯,相比鋰電池,氫電池的一大優勢是能量密度。

壓縮氫能的能量密度接近每公斤40kWh,比汽油還高數倍。鋰電池只有每公斤0.278kWh,大部分在0.167kWh,氫能的能量密度是鋰電池的239倍,所以這方面的優勢是碾壓的。

再一個優勢是分量輕。

同樣是500公里續航,氫電池對車重影響不大,鋰電車就很頭痛了,比亞迪唐的原型是S6,車重1.6噸,改造成鋰電車之后,電池超過200公斤,而為此還需要強化車身結構,這就形成一個惡性循環,由于能量密度低,需要大容量鋰電池,而車重增大了,又會降低續航,于是要達到目標續航,鋰電池容量還要更大才行,于是車重會飆升,比亞迪唐的車重最終達到了2.4噸,這顯然不利于節能。

氫電池還有一個優勢,在于用戶習慣——只需要3分鐘就可完成加氫,和燃油車很接近,而鋰電車需要長很多的充電時間,這不僅違背(燃油車)用戶之前的習慣,還相對低效,會耗費更多的時間成本。

說完優勢,再來談氫電池的劣勢。首先,氫氣的制取非常低效。鋰電車可以直接從電網取電,氫能車上路需要制氫,而制氫需要用電。如果采用傳統的蒸汽重組或者電解法制氫,能量損失超過30%,雖然最新的離子膜電解法可將能效提升至80%,但鋰電池直充的效率是99%,差距明顯。

其次,氫氣的存儲和運輸成本相當高。

剛剛制取出來的氫氣,能量密度是非常低的,要增大密度,主要有兩種方式:一是加壓,用790倍大氣壓把氫氣壓縮到高壓罐中,過程中的能量損耗約為13%;二是液化,降溫至-253℃,氫氣會凝結,過程中的能量損耗極大,約為40%。

因此常用方式是加壓,但高壓罐比液化罐重,這也會損耗一定能量。

儲存起來之后,需要將氫氣運送到加氫站,方式也有兩種:一是大廠集中制氫,這樣做產量高,但運輸成本也高;二是加氫站現場制取,運費低,但產量也低,生產成本相應增高。而且運氫過程中的能量損失也很大。在普及現場制氫設備之前,運氫主要依賴卡車和管線,能量損失在10-40%之間。相比之下,電網傳輸損耗僅為5%。

最后,氫能的“從油箱到車輪(tank to wheel)”的能量效率較低。

氫燃料電池車加氫之后,氫能轉換為電能,轉化效率約60%,而鋰電車考慮到交流直流的轉換,效率約為75%。

氫燃料電池同樣存在交直轉換問題,所以最終氫能全周期的效率可能不超過30%,如果鋰電車供電全部來自于可再生能源的話,氫能的全周期效率僅為鋰電的一半,但如果考慮到我國發電7成靠煤,則鋰電的全周期效率略低于氫能。

總結:

由于效率和成本問題,氫能車預期使用成本是鋰電車的數倍,這也正是絕大部分車廠選擇鋰電的原因之一。

但豐田們并未停下腳步,選擇雙管齊下,因為氫能車與鋰電車真正要競爭的對象,不是對方,而是燃油車。

相比油車,氫燃料電池車的熱效率高出一倍,由于續航和充能優勢,運輸效率也高。

在充能設施沒有普及之前,氫燃料電池車適用于卡車,客車,工程機械車,甚至是飛機,因為這些交通工具路線相對固定,便于鋪設補能網絡,無需電網。

相比之下,鋰電車如果不解決能量密度和充電時間問題,最適合它應用的場景,依然是有軌電車,只不過電車的鋰電池不是用來驅動的。

所以結局如何,要看誰先化解自身問題。

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