鉅大LARGE | 點擊量：577次 | 2021年11月08日
氫燃料動力電池車：加速推廣呼之欲出
今年二月，我國氫能源及燃料動力鋰電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟在北京成立。業(yè)內(nèi)人士指出，這一跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨部門的國家級氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立，預(yù)示著我國氫能及燃料動力鋰電池產(chǎn)業(yè)開始進入規(guī)范與加速發(fā)展新時期。氫燃料動力鋰電池在汽車能源和航天能源領(lǐng)域都體現(xiàn)了良好的適用性。在加注氫氣后，氫燃料動力鋰電池車利用車上的燃料動力鋰電池堆發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，為汽車供應(yīng)電力驅(qū)動。國際上，日本、韓國、美國和歐洲走在氫燃料動力鋰電池產(chǎn)業(yè)前列，日本見證了第一輛氫燃料動力鋰電池車的商業(yè)化運營，也是世界上擁有加氫站數(shù)量最多的國家。隨著政策大力推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有機構(gòu)預(yù)測我國燃料動力鋰電池車保有量將在15年內(nèi)超過200萬輛，成為世界最大燃料動力鋰電池車市場，同時迎來技術(shù)、設(shè)施、市場等方面的突破。
●本報記者馬明軒
在日前舉辦的北京國際汽車展覽會上，現(xiàn)代的一款小型SUV汽車NEXO在品牌展臺中間分外顯眼。不僅是因為它銀灰色的前衛(wèi)外形和“太空吊艙”的設(shè)計，而且還因在其旁邊展出的氫燃料動力鋰電池堆。以氫燃料驅(qū)動的NEXO汽車能夠真正實現(xiàn)“零排放”，最長續(xù)航達805千米，加氫時間僅需5分鐘。
感興趣者一旦問起價格和發(fā)售時間，卻會被告知“不在我國出售”。當(dāng)前我國僅有的7座加氫站全部沒有投入商業(yè)運營，燃料動力鋰電池車也以商用車為主。就全世界范圍而言，市場上能買到的燃料動力鋰電池乘用車僅有3款，分別為豐田Mirai、本田Clarity和現(xiàn)代ix35FC，其中Mirai汽車銷量占比超過75%。
不過這一現(xiàn)狀很快將成為歷史。2017年，全球氫燃料動力鋰電池車銷量為3260輛，這個微乎其微的數(shù)字，已經(jīng)比上年上升了40%。有機構(gòu)預(yù)計，在燃料動力鋰電池車快速發(fā)展的勢頭下，全球燃料動力鋰電池車保有量將在15年內(nèi)突破500萬輛大關(guān)。我國也將成為全球燃料動力鋰電池汽車的最大市場。
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氫燃料動力鋰電池由來已久，成新能源車領(lǐng)域黑馬
我國研發(fā)燃料動力鋰電池已有40余年，對氫燃料動力鋰電池車的研究已有20個年頭。氫燃料動力鋰電池車使用氫元素制成燃料動力鋰電池，為汽車供應(yīng)動力。燃料動力鋰電池利用氫氣和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，氫氣會失去電子成為離子態(tài)，燃料動力鋰電池通過離子膜擋住電子，只讓離子通過，這時電池形成正、負極，連接上導(dǎo)線就會形成電流。假如把燃料動力鋰電池連在電動機上，就可以驅(qū)動電動機。
世界氫燃料動力鋰電池車的發(fā)展到現(xiàn)在，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段是1990～2005年。1990年美國能源信息署開始推出氫能和燃料動力鋰電池研發(fā)和示范項目，世界發(fā)達國家和地區(qū)紛紛加緊氫能與燃料動力鋰電池的研發(fā)部署，但當(dāng)時人們對研發(fā)難度的預(yù)估不足，經(jīng)過路測卻發(fā)現(xiàn)燃料動力鋰電池不適用于當(dāng)時汽車的工況。
第二階段是2005～2012年。人們用7年時間終于解決了燃料動力鋰電池的工況適應(yīng)性問題，燃料動力鋰電池比功率達到了2千瓦/升，在零下30攝氏度也能儲存和啟動，基本上滿足了車用要求。
第三階段是2012年至今，豐田燃料動力鋰電池比功率達到了3.1千瓦/升，并在2014年十二月十五日宣布，“未來（Mirai）”氫燃料動力鋰電池車實現(xiàn)商業(yè)化，進入商業(yè)推廣階段，其后，本田與現(xiàn)代也推出了燃料動力鋰電池商業(yè)化車。因此，從商業(yè)化角度，有人把2015年譽為燃料動力鋰電池汽車的元年。
3年來，氫燃料動力鋰電池車的發(fā)展勢如破竹。在日前召開的2018燃料動力鋰電池與氫能產(chǎn)業(yè)峰會上，勢銀智庫指出，2017年全球燃料動力鋰電池車銷量由上年的2312輛快速增至3260輛，當(dāng)前占新能源乘用車銷量的0.27%。
下一個革命性能源產(chǎn)品，與電動汽車差異大
氫燃料動力鋰電池車與純電動汽車相比，其驅(qū)動裝置雖然同為“電池”，但燃料動力鋰電池的工作方式與純電動汽車的干電池不同。燃料動力鋰電池是能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，通過供給氫氣和空氣，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后排出產(chǎn)物水，因此，氫燃料動力鋰電池是內(nèi)燃機式的發(fā)電裝置。
此外，在電池質(zhì)量密度上，氫燃料動力鋰電池與傳統(tǒng)電池的差異也十分明顯。質(zhì)量密度就是電池平均單位質(zhì)量所釋放出的電能，鋰離子電池的理論上限是300瓦時/千克，預(yù)計2020年鋰離子電池的質(zhì)量密度可提升至350瓦時/千克。但是氫燃料當(dāng)前已經(jīng)做到全系統(tǒng)600瓦時/千克，理論上限是1萬～2萬瓦時/千克，還有很大提升空間。
近來，電動汽車全生命周期的環(huán)保性受質(zhì)疑。由于電動汽車發(fā)電的來源較為廣泛，我國使用燃煤電站進行發(fā)電仍是主流，燃燒化石能源釋放氮化物、硫化物、碳氧化物及PM顆粒物。我國石油經(jīng)濟技術(shù)研究院的報告指出，考慮到火電占我國全部發(fā)電量的72.2%，同時考慮到燃煤發(fā)電站效率及電力輸送損失率，一輛全生命周期（按照行駛60萬千米計算）的純電動汽車的PM顆粒物排放量為0.38噸，而傳統(tǒng)汽油轎車的排放量為0.16噸，天然氣汽車排放量為0.13噸。純電動汽車的PM顆粒物排放量超過燃油車的一倍以上。
相比之下，氫氣作為清潔能源有很高的熱效能，燃燒之后的唯一產(chǎn)物是水，沒有任何污染，真正實現(xiàn)“零排放”。氫氣的來源也非常廣泛，除最常見的電解水制氫外，還有光伏制氫、風(fēng)電制氫、可再生能源制氫等方式。
歐美布局前景光明，日韓技術(shù)遙遙領(lǐng)先
當(dāng)前，全球加氫站數(shù)量約為400座。2017年，以殼牌為首的能源公司率先開展光伏制氫和風(fēng)電制氫在美國加利福尼亞州及其周邊的商業(yè)化應(yīng)用。據(jù)安思卓新能源統(tǒng)計，截至目前，美國共有加氫站65座，其中加利福尼亞州44座、夏威夷州4座、俄亥俄州3座。
日本的加氫站已經(jīng)達到101座，該國也是氫燃料動力鋰電池汽車申請專利最多的國家。作為氫能源技術(shù)水平最高的國家，日本將在2020年東京奧運會上展示“氫社會”的前景。屆時，日本氫燃料動力鋰電池乘用車保有量可達6000輛，是當(dāng)前的3倍。
發(fā)達國家對燃料動力鋰電池車的規(guī)劃顯示出光明前景。氫云研究院的報告顯示，2020～2025年，歐盟、日本、美國的燃料動力鋰電池車存量陸續(xù)達到百萬輛級別。歐盟規(guī)劃，2020年氫燃料家用車比例達5%，2040年氫燃料家用車比例要達到35%；美國規(guī)劃2020年燃料動力鋰電池汽車產(chǎn)量達到20萬臺/年，2025年升至30萬臺/年；日本計劃2025年燃料動力鋰電池汽車保有量達到20萬輛，加氫站達320座，2030年燃料動力鋰電池汽車保有量要達到80萬輛。
我國或成燃料動力鋰電池車最大市場，仍需打破成本桎梏
勢銀智庫指出，全球燃料動力鋰電池車市場廣闊，2032年將由目前的不足一萬輛，突破500萬輛大關(guān)。根據(jù)《我國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書》，我國燃料動力鋰電池汽車將在2020年突破1萬輛，2025年突破10萬輛，2030年達到200萬輛級別。屆時，我國將成為全球燃料動力鋰電池車最大市場。氫云研究院預(yù)測，2020年我國燃料動力鋰電池商用車保有量可達3.6萬輛，日加氫需求可由當(dāng)前的8噸上升至272噸。
不過，在燃料動力鋰電池汽車的動力系統(tǒng)占整車成本達到50%的情況下，燃料動力鋰電池汽車的成本與燃油車難以匹敵。勢銀智庫測算，要與燃油車達到成本競爭優(yōu)勢，燃料動力鋰電池汽車的單位成本至少要降低至50美元/千瓦，而目前在國內(nèi)生產(chǎn)的成本高達1000美元/千瓦，前路漫漫。
打破成本桎梏，或可通過燃料動力鋰電池的規(guī)?；?yīng)和技術(shù)進步實現(xiàn)。美國能源部測算，在現(xiàn)有技術(shù)下，假如實現(xiàn)每年50萬套燃料動力鋰電池動力系統(tǒng)的生產(chǎn)，每套動力系統(tǒng)的單位成本可降至53美元/千瓦的水平，與燃油車成本基本持平。此外，催化劑用量下降、質(zhì)子交換膜和雙極板等材料改進，也將實現(xiàn)成本下降。
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