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加氫5分鐘續(xù)航700公里,氫燃料電池車站上風口,是后發(fā)制人還是困境重重?

鉅大LARGE  |  點擊量:906次  |  2019年05月16日  

經過多年的市場推廣、政策支持,我國新能源汽車市場化成效顯著,銷量從2013年的1.8萬輛增長至2018年的126萬輛,2019年一季度以來仍保持高速增長。目前,我國新能源汽車市場主要以純電動、插電混合動力汽車為主,而新能源汽車的另一個重要分支——氫能汽車似乎沒有得到太大的關注,2018年氫燃料電池汽車的銷量只有1527輛。

氫能汽車,顧名思義,就是以氫作為能源的汽車,將氫反應所產生的化學能轉換為機械能以推動車輛。氫能汽車主要分為兩種,分別是氫內燃機汽車和氫燃料電池汽車。簡而言之,氫內燃機汽車是將氫氣引入內燃機燃燒,類似于汽油在內燃機內燃燒做功來驅動汽車;而氫燃料電池汽車則是通過氫氣在電池內發(fā)生電化學反應產生電能來驅動汽車。目前,發(fā)展較快的為氫燃料電池汽車。

發(fā)展新能源汽車,最終的目標就是減少污染和解決能源問題。既然我們已經有了純電動汽車,為什么還要研發(fā)氫燃料電池汽車呢?氫燃料電池汽車與純電動汽車相比有哪些不同之處呢?

首先,我們有必要先認識一下氫元素。氫,位于化學元素周期表的第一位,是最輕的元素,也是宇宙中含量最多的元素,大約占據(jù)宇宙質量的75%,幾乎無處不有。氫氣可以通過物理、化學、生物等多種方法制取,可謂取之不盡,用之不竭,困擾人類社會發(fā)展的能源枯竭問題就此可以說“拜拜”了。

氫經過燃料電池發(fā)生作用,釋放電能推動機械作功,并與氧反應又重新產生水,水對環(huán)境沒有任何污染,而純電動汽車使用的鋰離子電池含有重金屬鎳、鈷等有毒污染物。因此,氫能汽車被視為全球最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗?,被不少國家、學界、車企認定為“終極新能源汽車解決方案”。

氫能不僅環(huán)保,還具有很高的能量密度。氫的能量密度大致為1kWh,約是汽油的2-3倍,是鋰離子電池的5-10倍(目前大致是100-200Wh)。5公斤的氫儲量可支持氫燃料電池汽車(乘用車)連續(xù)行駛400公里以上(百公里消耗約1.25公斤)。目前,純電動汽車所搭載的動力電池,大多數(shù)為三元鋰材料和磷酸鐵鋰材料電池。盡管相比鉛酸和鎳氫電池,能量密度和續(xù)航里程已經有了極大的提高,但是依然難以打消消費者的里程焦慮癥。相比之下,氫能的能量密度非常高,續(xù)航里程長,解決了純電動汽車普及的最大障礙。而且,跟純電動汽車相比,氫燃料電池汽車加注氫燃料只需要3-5分鐘,這和在加油站加注燃油的時間不相上下,不像電動汽車充電至少需要半個小時甚至幾個小時。

此外,氫燃料電池能量轉換效率理論值高達60%-90%,實際使用效率是普通內燃機的2-3倍,具有很高的能量轉換效率。與內燃機相比,氫燃料電池系統(tǒng)轉動部件很少,不存在常規(guī)發(fā)電裝置的噪聲問題,系統(tǒng)更加安全可靠,爆炸風險也遠低于汽油等常規(guī)燃料,屬于非常安全的燃料類型。

氫燃料電池汽車的優(yōu)勢是十分明顯的,要實現(xiàn)也并不困難,但困難之處在于如何降低氫氣制造成本,解決氫氣運輸、儲存和使用的諸多問題。

首先,氫燃料不能直接從自然界獲取的,需要人工制造。常用的制氫方法有化石燃料催化制氫、工業(yè)副產物制氫、生物制氫及太陽能制氫等,但效果都不理想,設備復雜,投資大。當然,氫氣能通過電解水獲得,但能耗高。因此,目前工業(yè)制氫尚無最佳方案,仍然有待研發(fā)。

氫氣的運輸、儲存也是一個重大障礙。低成本、小規(guī)模、靈活的制氫方式尚未實現(xiàn),作為燃料的氫氣需要進行貯運,氫的密度很低,就算燃料以液態(tài)形式儲存在低溫瓶或壓縮氣體瓶,在那空間內能夠儲存的能量也十分有限,而氫能汽車就更加受限,何況還有氫氣爆炸的危險。

氫燃料電池汽車要大量普及,尤其需要眾多加氫站。目前,國內加氫站數(shù)量還非常少。究其原因,一方面由于加氫站需要配置大型壓縮機等大型設備,成本比加油站和充電站更高。另一方面,建設加氫站所需的關鍵部件大多依靠進口,增大了建設成本。此外,加氫站運行維護成本較高,需要依靠加氫規(guī)模效應平衡收支來盈利,而目前我國燃料電池汽車尚屬起步階段,運營車輛較少,盈利較為困難。沒有足夠的加氫站,消費者就不會買車,但沒有足夠的氫燃料電池汽車,就沒有人會建加氫站。而在配套設施方面,純電動汽車僅需充電樁就可以完成,比氫燃料電池汽車簡單、方便,所以真正市場化推廣應用,氫燃料電池汽車還有很長的路要走。

對氫燃料電池汽車本身來說,也比其他汽車更為精密,因此其維護成本也更高。氫燃料電池的運行催化劑是鉑金,價格也相當昂貴。加氫速度固然可以比擬加汽油,但氫氣是易燃易爆氣體,加氫氣需要高壓處理,而不是汽油的常壓,存在的安全問題也是一大隱患。

總之,理想很豐滿,現(xiàn)實很骨感。氫燃料電池汽車的整個產業(yè)鏈制造成本居高不下,是影響其普及的一個重要原因。短期內氫燃料電池汽車想要超越純電動汽車,難度還是很大的。

那么,在以純電動路線為主的背景下,氫燃料電池汽車在中國是否還有市場?

現(xiàn)階段,氫能的確不是最方便、最便宜的能源,但它終究還是一個未來的能源。無論煤、石油,還是可燃冰,都是一次性能源,挖一點少一點。氫則可以從不同來源,用不同方法來獲取,甚至是永續(xù)循環(huán)和再生的能源。所以從戰(zhàn)略的角度,氫能不賺錢也要做,現(xiàn)在利用氫能的效率比石油能源的效率低也要做,因為要站在產業(yè)金字塔上。如果現(xiàn)在不做,將來還想彎道超車,很難。

我國政府一直支持和鼓勵氫燃料電池汽車發(fā)展。早在2009年開始對燃料電池汽車實行補貼,主要是免征購置稅,同時給予一次性6-60萬的補貼;2014年開始將加氫站納入了補貼范圍,刺激配套產業(yè)加速發(fā)展;2015年《中國制造2025》明確提出純電動和插電式混合動力汽車、燃料電池汽車、節(jié)能汽車、智能互聯(lián)汽車是國內未來重點發(fā)展的方向規(guī)定;2016年《中國氫能產業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書(2016)》中首次提到“2020年我國加氫站數(shù)量達到100座,燃料電池車輛達到1萬輛”的發(fā)展目標。政策支撐是氫燃料電池車發(fā)展的保障,為未來發(fā)展指明了方向。

雖然政策上大力支持,但相對于我國車企在純電動汽車的進步,氫燃料電池汽車領域的成果并不豐碩。目前銷售的氫燃料電池汽車主要使用于城市公交以及旅游景區(qū)的固定路線,沒有徹底的面向民用消費級市場。產品方面,有成績的僅有上汽、奇瑞、福田、宇通等車企。014年上汽榮威950氫燃料電池汽車亮相之后,已于2016年入選《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》;2018年,奇瑞艾瑞澤5FCEV也已經亮相,據(jù)悉儲存35兆帕/3.85公斤壓縮氫氣的艾瑞澤5FCEV的最大續(xù)航里程能夠超過700公里;此外,福田、宇通等均實現(xiàn)了氫燃料電池電動客車產業(yè)化以及批量商業(yè)化運營,長城汽車也已瞄準了氫能與燃料電池市場。

不過,在純電動車電池能量密度難以提升的瓶頸面前,隨著制氫技術的不斷獲得突破,儲氫、加氫從技術到布局的逐漸成熟,未來氫燃料電池汽車將有著廣闊的市場前景。作為氫能源踐行者之一,豐田2014年量產的第一輛氫電池車Mirai,便可實現(xiàn)加氫3-5分鐘,續(xù)航達700公里。經過數(shù)年的發(fā)展已趨成熟,豐田正進入技術優(yōu)化和商業(yè)生態(tài)構建的新階段。韓國、美國、歐洲等國家也緊隨其后,興建加氫站并推出氫能源汽車。

當前,中國在新能源乘用車領域還在堅持純電動技術路線,短期內氫燃料電池技術還無法成為主流,堅持氫燃料電池的豐田或許只能徐徐圖之、伺機而動。相較于乘用車領域,氫燃料電池技術更容易在商用車領域切入。2019年上海車展期間,豐田掌門人豐田章男親自到訪中國,與北汽福田、億華通簽署戰(zhàn)略合作,發(fā)展氫燃料電池車。豐田選擇以商用車入手在中國推廣氫燃料電池技術,并以此為基礎尋找戰(zhàn)友廣泛結盟,再慢慢地向乘用車領域滲透,大縱深大迂回的大戰(zhàn)略,可能更符合中國的國情。

隨著傳統(tǒng)化石能源長期使用所帶來的環(huán)境和能源壓力,推動新能源行業(yè)的發(fā)展和能源的高效利用已經勢在必行。新能源汽車哪條技術路線最終會成功,是純電動汽車還是氫燃料電池汽車?現(xiàn)在誰也說不準,只能由市場來選擇。毋庸置疑,氫燃料電池汽車因其具有良好的環(huán)境相容性、能量轉換效率高、噪音小、續(xù)航里程長、加注燃料時間短、無需充電等特點,市場前景廣闊,未來幾年氫燃料電池汽車產業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。

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