鉅大LARGE | 點擊量:1100次 | 2020年02月25日
鋰離子電池燃料電池甲醇制氫:新能源汽車“不認輸”
十二月以來,北京最低氣溫基本徘徊在0度以下。于是我們聽到新能源汽車車主和出租車司機的抱怨又逐漸多了起來。續(xù)航,低溫,充電時間,一年一度的新能源吐槽大會似乎并沒有隨著技術(shù)的逐年進步而退散。
但是,針對這些新能源汽車的原罪,國內(nèi)外車企也從來都沒放棄過。除了在鋰離子電池基礎(chǔ)上方案頻出如提高能量密度,加大電池包,優(yōu)化熱管理,熱泵空調(diào),增程器以及汽油/柴油供暖系統(tǒng)等新的技術(shù)路線也不斷被發(fā)掘和改進。
繼氫燃料電池汽車因自身優(yōu)勢熱度再起之后,國內(nèi)以吉利和愛馳為代表的甲醇燃料、甲醇重整制氫技術(shù)也在最近進入人們的視線。
而隨著各種技術(shù)路線的綜合運用,不服輸?shù)男履茉雌囌诎殡S著人們的詬病悄然突破自我。
過去幾年里,新能源市場開疆拓土的主力軍是鋰離子電池純電汽車,憑借環(huán)保經(jīng)濟動力政策等方面的優(yōu)勢,純電汽車的銷量一路上揚,而在特斯拉和國內(nèi)造車新勢力之后,傳統(tǒng)汽車廠商也紛紛攜自家的產(chǎn)品甚至子品牌加入這一戰(zhàn)場。
然而和其優(yōu)勢一樣,鋰離子電池的明顯劣勢也在技術(shù)的探索式發(fā)展和市場的積累中逐漸為廣大用戶所知。再加上這股熱潮之中也混雜了不少利用政策漏洞騙補的公司,其粗劣的產(chǎn)品也使鋰離子電池在續(xù)航短、充電時間長、不耐低溫、高速表現(xiàn)差等通病進一步放大。
為了彌補這些短板,廠商的手段不可謂不多:提高電池能量密度的同時增大電池包,續(xù)航600km+的產(chǎn)品不斷問世;速度越來越快、數(shù)量越來越多的超級充電樁持續(xù)鋪設,20-30分鐘鉅大鋰電即可支持數(shù)百公里續(xù)航;進一步優(yōu)化電池的熱管理系統(tǒng),新增液冷裝置使電池可以在恒溫環(huán)境下工作;還是有里程焦慮?試試換電和增程器。
然而無論怎么折騰,鋰離子電池技術(shù)上的天花板決定了這幾朵烏云始終會盤旋在新能源的頭頂。因此,氫燃料電池這一并不算新的新技術(shù)(很早就開始運用在商用車輛上)開始從鋰離子電池的劣勢上發(fā)力。
氫燃料電池汽車(HydrogenFuelcellvehicle-FCEV)的靈魂部分在于燃料電池,它相當于一個小型發(fā)電機,車輛攜帶的氫與空氣中的氧在其中依靠化學反應產(chǎn)生電力推動電機?;驹硎请娊馑哪娣磻?,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應后,放出電子通過外部的負載到達陰極。雖然中文稱為燃料電池,但并不是氫氣和氧氣混在一起燃燒。
儲氫罐儲存氫氣,燃料電池發(fā)電,電機驅(qū)動輪子。這便是氫燃料電池汽車的基本模式。
一般來說,氫燃料電池汽車加滿氫氣所需時間為3-5分鐘,續(xù)航也可輕松達到燃油車的水平,氫與氧反映的排放物只有水,非常環(huán)保。此外,在高原和低溫環(huán)境下也基本不受影響。
近年來市場上也不斷有更加成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。韓國現(xiàn)代的氫燃料電池汽車NEXO,加一次氫氣可實現(xiàn)700-800km的續(xù)航;今年東京國際車展亮相的第二代豐田Mirai,除了外形更加炫酷,各項參數(shù)也有了很大的提升。而十一月底,博世(我國)還在江蘇無錫設立氫燃料電池中心,重要用于研發(fā)、試制氫燃料電池動力總成相關(guān)產(chǎn)品。
看上去簡直像是鋰離子電池的救星,然而事情并沒有那么美好。制氫成本高,運輸、儲存難度大,配套基礎(chǔ)設施極度不完善,加氫流程過于復雜,而氫燃料電池的特性也決定了它更適合重型車長途運輸?shù)氖褂脠鼍?,家用短途出行?yōu)勢并不明顯。因此短時間鋰離子電池內(nèi)想用它取代鋰離子電池是不可能的。
各種技術(shù)路線之間優(yōu)劣互補環(huán)環(huán)相扣,似乎是一種偶然中的必然。甲醇制氫又來解救氫燃料電池了。
甲醇重整制氫方案在原理上與氫燃料電池無異,只是在其基礎(chǔ)上加入一套甲醇制氫系統(tǒng),這樣一來車輛便不要加注氫氣而是加注甲醇,再用甲醇直接在車上產(chǎn)生氫氣供應給燃料電池,從而省去了氫氣的集中制取和運輸環(huán)節(jié)。
這種改進既保留了氫燃料電池汽車的優(yōu)點,也彌補了它們的缺點。
首先是續(xù)航和補能時間上的優(yōu)勢得以保留。數(shù)據(jù)顯示,與傳統(tǒng)燃油車油箱同等容積甲醇箱(如60L)基本能夠?qū)崿F(xiàn)燃油車同等續(xù)航里程,而甲醇燃料的加注過程也只有幾分鐘。
其次在來源和環(huán)保方面更具優(yōu)勢。甲醇屬于單碳燃料,形成的污染物中氮氧化物較少,且一般不會聚合成顆粒物。而甲醇的原料來源也更加多樣化,劣質(zhì)煤炭、焦爐氣、天然氣、生物質(zhì)能等皆可,不依賴于石油,且由于多年來的工業(yè)化運用,生產(chǎn)技術(shù)成熟。
第三,甲醇在-97.8℃和64.5℃之間都是液鋰離子電池態(tài),易燃不易爆且溶于水,存儲運輸比汽油和氫氣都要安全。
第四,由于甲醇和汽油性質(zhì)類似,因此理論上只需對加油站稍加改造即可用來加注甲醇,無需單獨建站,比動輒千萬成本的加氫站更容易普及。
和其他新能源的發(fā)展一樣,這也是一條既要依靠技術(shù)發(fā)展又要依靠政策扶持的路線。首先在技術(shù)上,甲醇重整制氫雖然邏輯上非常完整,但實現(xiàn)起來要客服諸多難點,對車輛本結(jié)構(gòu)及成本控制是一個考驗,而甲醇產(chǎn)生氫氣再產(chǎn)生電能再驅(qū)動車輛經(jīng)過了數(shù)次能量轉(zhuǎn)化,如何保證能效也很重要。
此外,我國地理條件復鋰離子電池廠家雜,能源分布不均,如若普及開來,能源的運輸、以及基礎(chǔ)設施建設也會是一筆不小的投入,要政策的協(xié)調(diào)支持。
目前普遍的觀點認為,還沒有哪種新能源的路線能夠一統(tǒng)天下,依據(jù)不同場景、不同需求進行多方配合將是未來的方向。無論怎么樣,能源的革命已然到來并將繼續(xù)發(fā)展,它為我們帶來更加多樣、便捷、舒適的出行生活同時,也將助力整體環(huán)境的改善。
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