鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:743次 | 2021年11月08日
氫燃料動(dòng)力電池屢遭“拋棄”的背后:核心技術(shù)是硬傷
據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道,日產(chǎn)宣布暫停與戴姆勒及福特合作開發(fā)燃料動(dòng)力鋰電池車的計(jì)劃,將力量集中于發(fā)展電動(dòng)汽車。曾經(jīng)受到熱捧的氫燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù),在其大本營日本遭遇了發(fā)展阻礙。
無獨(dú)有偶,福特汽車也在六月十三日也公布聲明稱,其與戴姆勒位于不列顛哥倫比亞省本那比的燃料動(dòng)力鋰電池合資公司將于2018年夏季關(guān)閉。不過,分分合合乃商家常事,那邊忙著分手,這邊奧迪和現(xiàn)代宣布達(dá)成專利交叉許可協(xié)議,將共同開發(fā)氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車。
相比純電動(dòng)汽車的技術(shù)路線,為何氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車在國際上引發(fā)了如此大的爭(zhēng)議?要解決這個(gè)問題,不僅要理解氫燃料動(dòng)力鋰電池在技術(shù)上的問題和挑戰(zhàn),還要了解各國政府在推動(dòng)該技術(shù)背后的動(dòng)因。
氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車為何屢遭“拋棄”?
從技術(shù)角度來看,燃料動(dòng)力鋰電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置。與一般電池不同的是,氫燃料動(dòng)力鋰電池是一種將氫氣和氧氣結(jié)合起來出現(xiàn)電力、水和熱的電化學(xué)裝置。其反應(yīng)出現(xiàn)的廢料除了微量的二氧化碳和氮氧化物外,重要是水。燃料動(dòng)力鋰電池的做功比氫氣單純?nèi)紵男室?-3倍,且安靜無污染。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
但是,具有這么多優(yōu)勢(shì)的燃料動(dòng)力鋰電池汽車,為何還會(huì)持續(xù)被多家車企“拋棄”呢?這就要從氫能產(chǎn)業(yè)鏈談起。
整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成包括氫氣制備、氫氣儲(chǔ)運(yùn)及加注,和氫氣應(yīng)用。其中氫氣制備是氫能應(yīng)用的基礎(chǔ),氫氣的儲(chǔ)運(yùn)及加注是氫能應(yīng)用的核心保障,不同方向的應(yīng)用是氫能實(shí)用化的重要途徑和最佳表現(xiàn)形式。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈所處位置不同,鏈條上的公司大致可細(xì)分為三個(gè)部分:
上游,重要包含氫資源的生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)龋?/p>
中游,為燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng),重要是電堆和氫氣儲(chǔ)存設(shè)備及配件;
下游,是應(yīng)用板塊,包括加氫站、新能源汽車應(yīng)用等。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
分清了這三個(gè)環(huán)節(jié),下面我們就來看看每個(gè)部分所面對(duì)的問題和挑戰(zhàn):
一、關(guān)鍵技術(shù)難攻克
了解燃料動(dòng)力鋰電池電堆部件的人,對(duì)燃料動(dòng)力鋰電池的核心技術(shù)——“質(zhì)子交換膜”不會(huì)陌生,然而截至目前,全球能夠商業(yè)化供應(yīng)氫燃料動(dòng)力鋰電池質(zhì)子交換膜材料的公司除了美國杜邦,再無他家。日本境內(nèi)也有一家公司同樣可以生產(chǎn),但出于眾所周知的原因,這家公司拒絕對(duì)任何國家銷售該產(chǎn)品。
二、成本過高
1、燃料動(dòng)力鋰電池車相對(duì)獨(dú)立復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)直接導(dǎo)致燃料動(dòng)力鋰電池車的成本新增。比如:豐田Mirai售價(jià)6.9萬美元,遠(yuǎn)高于其他動(dòng)力形式的同級(jí)別車輛。
2、數(shù)據(jù)顯示,目前,建成一座加氫能力大于200公斤的加氫站要1000多萬元,如此高昂的建設(shè)成本顯然是加氫站快速發(fā)展的最大障礙。
3、在目前技術(shù)條件下,氫燃料動(dòng)力鋰電池的催化劑是鉑金。鉑金全世界產(chǎn)量很低且價(jià)格昂貴(大概是黃金的2倍),全球年產(chǎn)量約為兩百噸,60%還被用作首飾材料。而且鉑作為催化劑對(duì)氫氣純度要求較高,要達(dá)到99.99%以上。
三、安全問題
燃料動(dòng)力鋰電池加氫的背后,要一整套氫能源生產(chǎn)和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)作為支撐。氫氣本身的安全問題、加注氫燃料時(shí)的安全及操作過程中的安全問題都要解決好。普遍來說,加氫站儲(chǔ)氫裝置應(yīng)該滿足能承受高壓、具備在線監(jiān)測(cè)功能、發(fā)生危險(xiǎn)自動(dòng)報(bào)警、良好的經(jīng)濟(jì)性要求。顯然,滿足這些要求的加氫站在初期的建設(shè)成本不會(huì)低。
國內(nèi)陸續(xù)出臺(tái)燃料動(dòng)力鋰電池扶持政策、仍不被專家看好
得益于國家的政策利好及支持,我國的燃料動(dòng)力鋰電池汽車技術(shù)已初步掌握了整車、動(dòng)力系統(tǒng)與核心部件的核心技術(shù),基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料動(dòng)力鋰電池轎車與燃料動(dòng)力鋰電池城市客車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)。在產(chǎn)業(yè)鏈配套,我國初步形成了燃料動(dòng)力鋰電池發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力鋰離子電池、DC/DC變換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件的配套研發(fā)體系,實(shí)現(xiàn)了百輛級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)與整車的生產(chǎn)量力。當(dāng)前具有“動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)整車適配、電—電混合能源動(dòng)力控制、車載高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)、工業(yè)副產(chǎn)氫氣純化利用”的技術(shù)特點(diǎn)。
在“十二五規(guī)劃”期間,同濟(jì)大學(xué)與一汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車、奇瑞汽車和長(zhǎng)安汽車分別打造了燃料動(dòng)力鋰電池轎車。2018年六月十四日,同濟(jì)大學(xué)與嘉興市政府、嘉興秀洲區(qū)政府共建新能源汽車產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目在上海同濟(jì)大學(xué)簽約。三方將在嘉興市秀洲區(qū)共同推進(jìn)成立新能源汽車研發(fā)及生產(chǎn)項(xiàng)目。新能源汽車產(chǎn)業(yè)基地包括以下四部分:(一)同濟(jì)大學(xué)(嘉興)新能源汽車研究院。(二)商用車、乘用車生產(chǎn)制造基地。(三)氫能產(chǎn)業(yè)基地。(四)氫能源應(yīng)用項(xiàng)目。其中,新能源汽車研究院作為同濟(jì)大學(xué)二級(jí)非獨(dú)立法人研究機(jī)構(gòu),將下設(shè)5個(gè)研發(fā)中心:氫燃料動(dòng)力總成研發(fā)中心、智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)研發(fā)中心、商用車整車研發(fā)中心、乘用車研發(fā)中心、國際氫能源合作研發(fā)中心。
上汽集團(tuán)則制定了燃料動(dòng)力鋰電池汽車發(fā)展的五年規(guī)劃,以新源動(dòng)力為燃料動(dòng)力鋰電池電堆供應(yīng)商,開始投入大量資金研發(fā)燃料動(dòng)力鋰電池汽車。據(jù)OFweek產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2017年一月至今,全國共生產(chǎn)150輛氫燃料客車,其中北汽福田汽車股份有限公司和上海汽車商用車有限公司共占據(jù)84%的市場(chǎng)份額。
2018年六月十四日,廣東省人民政府公布《有關(guān)加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》,該意見指出,全力推進(jìn)公交電動(dòng)化(含氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車),這是繼北京、上海、蘇州、武漢等地之后,又一個(gè)公布了氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車相關(guān)政策的省市。同時(shí),大同、青島、揚(yáng)州等地也正在醞釀扶持氫燃料動(dòng)力鋰電池發(fā)展的相關(guān)規(guī)劃。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2017年我國的燃料動(dòng)力鋰電池車輛商業(yè)化訂單就實(shí)現(xiàn)了千輛級(jí)的突破。據(jù)同花順財(cái)經(jīng)報(bào)道,福田汽車、富瑞特裝、華昌化工、同濟(jì)科技等幾乎所有與燃料動(dòng)力鋰電池、上游制氫和存儲(chǔ)、材料相關(guān)的公司都相繼對(duì)外公布通告,將加碼對(duì)氫燃料動(dòng)力鋰電池的投資。
看起來市場(chǎng)前景一片大好,資本熱情高漲投資加碼,但是我國相比國外同行,起步還是太晚。
從2001年開始,我國才開始進(jìn)行氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車的研發(fā)工作,首次提出氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃是在2016年十月公布的《我國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(2016)》中,之后公布的《我國制造2025》中才明確提出了燃料動(dòng)力鋰電池汽車發(fā)展規(guī)劃。而美國的通用在1966年開始研發(fā)氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車,日本的本田則開始于1992年。
同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心張存滿教授表示,“我國氫燃料汽車技術(shù)落后國外發(fā)達(dá)國家5—10年,起步較晚的我國面對(duì)的一個(gè)情況是:國外燃料動(dòng)力鋰電池汽車已經(jīng)突破了技術(shù)難關(guān),開始攻克成本和服務(wù)設(shè)施了,而國內(nèi)仍然面對(duì)著技術(shù)問題。差距保持在5年左右還有機(jī)會(huì)追趕,若超過10年,追趕起來就會(huì)非常吃力了。”
盡管學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)同氫能將極大的豐富未來的能源體系、各國家層面和公司層面也都對(duì)燃料動(dòng)力鋰電池汽車市場(chǎng)抱有很大的熱情和希望,但是不斷清潔化的傳統(tǒng)石化能源以及更多能源儲(chǔ)備的發(fā)掘,都將為氫能的大規(guī)模利用帶來不確定性,而且核心技術(shù)、車輛和加氫站的巨大成本、安全問題都是橫跨在政府和公司面前的一條極難逾越的鴻溝。清華大學(xué)汽車研究所所長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師陳全世教授在接受媒體采訪時(shí)表示,政府和車企應(yīng)該聯(lián)合大學(xué)等研究機(jī)構(gòu),把膜、催化劑、極板等基礎(chǔ)問題解決了,而不是做多少輛車。在他看來,燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)不能替代純電動(dòng)技術(shù)。
作者:安安