氫燃料電池與鋰電池哪個(gè)是未來EV主流

在汽車領(lǐng)域，未來的汽車的供能系統(tǒng)，究竟是從鋰電池組攜帶能量，還是從氫燃料電池發(fā)電？在過去的數(shù)年間，中國見證了鋰電池的崛起，也成為了全球鋰電池生產(chǎn)和消費(fèi)的最大市場，但是氫燃料電池的發(fā)展同樣也列入了我們國家未來發(fā)展計(jì)劃之中。中國正在投資必要的基礎(chǔ)設(shè)施，到2030年，全國將會(huì)建立起3000個(gè)加氫站，很顯然鋰電池與氫燃料電池的賽道已經(jīng)建立，技術(shù)競爭蓄勢(shì)待發(fā)。

觀點(diǎn)一：認(rèn)為鋰電池比氫燃料電池好

埃隆·馬斯克認(rèn)為氫燃料電池要選擇能量存儲(chǔ)機(jī)制，應(yīng)該選擇甲烷或丙烷，因?yàn)樗鼈兏菀字迫?，但氫燃料電池非常愚?#8230;…制造氫氣并儲(chǔ)存并在汽車中使用它非常困難，如果你拿一塊太陽能電池板直接給電池組充電，與氫燃料電池電解相比，取氫，分離氧氣，壓縮氫氣……這大約是其效率的一半。

其實(shí)，馬斯克的話也不無道理。與電池相比，氫燃料電池的能源轉(zhuǎn)化效率上始終比電池低，相較于特斯拉的BEV效率，目前市面上最好的FCV在效率上仍然不及BEV一半；另外，在工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施（加氫站）建設(shè)上，氫燃料電池與鋰電池的差距仍有數(shù)十年。

燃料電池的發(fā)展仍在繼續(xù)，但充電基礎(chǔ)設(shè)施，氫氣的大規(guī)模生產(chǎn)及其庫存都滯后。氫的使用需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，高質(zhì)量和大型蓄壓器。燃料電池，壓力罐（碳纖維）的生產(chǎn)，加油的氫氣價(jià)格，所需的加氫站基礎(chǔ)設(shè)施和H2生產(chǎn)設(shè)施的建設(shè)都顯得過于昂貴。除此之外，目前,以化石能源為原料的熱化學(xué)過程在工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛, 主要包括烴類蒸汽轉(zhuǎn)化、重油部分氧化、煤氣化和水電解等制氫方法。在氫的主流生產(chǎn)過程中，也存在著污染和低效率的問題。

觀點(diǎn)二：認(rèn)為氫燃料電池比鋰電池好

多年來，豐田一直將氫燃料電池押在電池電動(dòng)汽車上，以實(shí)現(xiàn)其零排放汽車戰(zhàn)略。豐田燃料氫電池是豐田公司運(yùn)用在mirai新能源車上的先進(jìn)技術(shù)，豐田氫燃料電池就像是一個(gè)發(fā)電站，它通過氧氣和氫氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)才生產(chǎn)電，不是像普通儲(chǔ)電池那樣需要充電，只需要添加氫氣，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)出電。

氫燃料電池的續(xù)航優(yōu)勢(shì)相比鋰電池也很明顯，同樣續(xù)航500公里，普通鋰電池充電需要很長的時(shí)間，超級(jí)快速充電也需要一個(gè)半小時(shí)，而氫染料電池只要3分鐘就可以加滿氫氣。另外，在能量密度上，氫也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋰離子，兩者甚至都不在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上。

氫燃料電池汽車還有有以下優(yōu)點(diǎn)：

加氫就像加油一樣，一般只需3~5分鐘。而電動(dòng)汽車的充電則是一個(gè)緩慢的過程。即使特斯拉推出了超級(jí)充電站，通常也需要1個(gè)小時(shí)以上。

氫燃料電池主要的成分是氫，我們知道水的化學(xué)式是氫二氧，氫燃料電池在使用壽命結(jié)束后，并不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。而鋰離子電池則含有很多重金屬，如果回收不當(dāng)，就會(huì)對(duì)環(huán)境造成更大的污染。

氫燃料電池儲(chǔ)能密度高，且重量輕，續(xù)航里程普遍更遠(yuǎn)。通常會(huì)超過500公里，而純電動(dòng)汽車則根據(jù)電池容量的大小，目前大部分純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程在300公里左右，少數(shù)車型可以達(dá)到400~500公里。

另一方面，歐洲也是氫燃料電池研究的另一個(gè)大本營。隨著德國能源轉(zhuǎn)型的不斷深入，大量的新能源并入電網(wǎng)，以歐洲最大的能源研究機(jī)構(gòu)之一：于利希研究所（Jülich research center）正在倡導(dǎo)將新能源發(fā)電（風(fēng)電）轉(zhuǎn)化為氫能，以解決可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的電網(wǎng)波動(dòng)與消納問題。

研究所主任Detlef Stolten教授指出：“在風(fēng)能的幫助下，現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)將產(chǎn)生如此多的額外電力，在2050年它可以取代德國家庭目前需要供暖的天然氣。此外，通過電力市場的調(diào)控，用電高峰時(shí)間每年將減少90太瓦時(shí)。我們可以將這部分電能以70％的實(shí)際效率電解水，產(chǎn)生的氫燃料可以供應(yīng)1600萬輛燃料電池汽車運(yùn)行?！?/p>

“燃料電池還可以實(shí)現(xiàn)分散式電源。依賴天然氣網(wǎng)的家庭甚至小型住宅可以并行使用燃料電池。我們?cè)谟懻撘苿?dòng)性的過程中，也不要忘記整個(gè)能源系統(tǒng)中燃料電池的補(bǔ)償功能?！?/p>

從未來長遠(yuǎn)發(fā)展上來說明氫燃料電池與鋰電池哪個(gè)是未來？

當(dāng)前，全球能源和環(huán)境系統(tǒng)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中，作為石油消耗和二氧化碳排放大戶的汽車產(chǎn)業(yè)，也正面臨著一場革命性的變革，將包括純電動(dòng)、燃料電池技術(shù)在內(nèi)的純電驅(qū)動(dòng)作為新能源汽車的主要技術(shù)方向，已然成為世界各國形成的共識(shí)。燃料電池汽車是電動(dòng)汽車汽車電池的另一個(gè)重要方向，與鋰離子電池相比，可以清楚地看見兩者間有著明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。

首先，是從安全性角度出發(fā)。

燃料電池的安全隱患：氫氣的泄露與控制，是燃料電池系統(tǒng)安全隱患的主要來源，屬于物理層面，而鋰離子電池的安全隱患則主要來自于不易控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，屬于化學(xué)層面。因?yàn)殒準(zhǔn)椒磻?yīng)速度極其短暫。就可控性角度說，鋰離子電池的控制難度要高于燃料電池。不過在遇到極端劇烈碰撞的情況下，燃料電池的危害程度則要更大。當(dāng)然這也僅僅是理論上，氫氣本身因?yàn)榭焖偬右莸奶攸c(diǎn)使得泄漏時(shí)間很短，加上高壓氫氣瓶耐撞擊、跌落、槍擊等非常規(guī)性能也為安全提供了保障。

其次，是從低溫性能的角度看。

因?yàn)榈蜏叵码娊庖旱恼扯仍龃箅妼?dǎo)率下降，會(huì)導(dǎo)致電池極化內(nèi)阻急劇增加，一般廠商都不推薦零度以下的放電行為，因此鋰電池需要外部提供供熱來解決低溫問題。燃料電池低溫起步性能差，但隨著啟動(dòng)后自身放熱的增加，電堆的溫度會(huì)很快穩(wěn)定在80-90℃的正常工作溫度范圍。不過關(guān)于燃料電池如何實(shí)現(xiàn)低溫啟動(dòng)，特別是不使用外輔電前提下的低溫啟動(dòng)是一個(gè)重要的研究課題。

第三，是從成本角度考慮。

總體上看，無論是燃料電池還是鋰離子電池，在價(jià)格上都要高于傳統(tǒng)能源。特別是氫氣的來源、存儲(chǔ)以及安全使用等條件的復(fù)雜與嚴(yán)苛，導(dǎo)致氫燃料電池成本居高不下，短期內(nèi)難以取得優(yōu)勢(shì)。以大批量產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，鋰電池成本最終會(huì)突破1000元/kwh；燃料電池的成本目前還是很高的，期望遠(yuǎn)期大批量實(shí)現(xiàn)的前提下可能去接近于現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)的價(jià)格。

第四，是充電所需消耗的時(shí)間。

冗長的充電時(shí)間始終是鋰離子電池一個(gè)難以磨滅的痛點(diǎn)。在一般的充電模式下，一輛裝有鋰離子電池的車，需要耗費(fèi)3到8個(gè)小時(shí)才能充滿。相較之下，燃料電池就顯得方便快捷了許多，以氫燃料電池為例，直接加氫僅需3到5分鐘，就能滿血復(fù)活。

第五，續(xù)航里程。

這可能是所以純電動(dòng)汽車，特別是鋰離子電池汽車最大的痛點(diǎn)了。傳統(tǒng)的鋰離子電池在續(xù)航能力上很難突破500km，相比之下能量密度高且重量更輕的燃料電池，在續(xù)航里程上就能夠達(dá)到更遠(yuǎn)。

第六：溫度影響。

燃料電池汽車可以通過整車綜合熱管理，保持和夏天一樣長的續(xù)航里程，這一點(diǎn)是鋰離子電池不能做到的。鋰離子電池不管是PTC加熱還是空調(diào)加熱，都要消耗電量。燃料電池夏天的時(shí)候需消耗電量來給空調(diào)供電，而在冬天的時(shí)候只需用廢熱給乘客艙保溫和采暖。所以從理論上講，冬天的里程應(yīng)該比夏天還長。目前有機(jī)構(gòu)在開展基于朗肯循環(huán)的廢熱發(fā)電研究，若能實(shí)現(xiàn)將進(jìn)一步提高燃料電池的效率。

第七：成本平衡。

燃料電池和純電動(dòng)汽車的成本平衡點(diǎn)不同，乘用車是500公里左右，商用車100公里左右：氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機(jī)，鋰離子電池系統(tǒng)更適合替代汽油機(jī)。相對(duì)于遠(yuǎn)程公交、雙班出租、城市物流、長途運(yùn)輸?shù)纫恍┙煌ǚ绞?，燃料電池汽車具有清潔、零排放、續(xù)航里程長、加速時(shí)間短的特點(diǎn)，是適應(yīng)市場需求的最佳選擇，所以我們要及時(shí)地把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)向燃料電池汽車拓展。