鉛蓄電池、鋰電池、氫能源電池誰將優(yōu)勝誰被劣汰?
除了加氫站,地方政府對整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈的扶持也正在延伸。
北京
2017年,《北京市加快科技創(chuàng)新培育新能源智能汽車產(chǎn)業(yè)的指導意見》:加大以氫燃料為主的燃料電池乘用車開發(fā)力度。2018年10月27日,5臺12米燃料電池公交車在北京公交384線正式投入運營。
上海
2017年,《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》:提出到2020年,上海將實現(xiàn)電堆、系統(tǒng)集成與控制、關(guān)鍵零部件等核心技術(shù)跟蹤國際水平。2018年9月27日,上海首條燃料電池公交線路正式上線,投入嘉定114路運營。
廣東
2018年,《關(guān)于加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》:廣東2018-2020年新能源汽車推廣應用省級財政補貼資金中的30%將用于支持氫燃料電池汽車推廣應用。2018,《佛山市氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2030)》:將佛山建設成為全國領(lǐng)先的氫能源產(chǎn)業(yè)示范城市和集聚高地。2018年12月20日,佛山市禪城區(qū)首座加氫站——佛羅路加氫站建成營業(yè)。70輛氫燃料電池公交車正式投入運營,佛山率先成為廣東省首個大規(guī)模使用氫燃料電池公交車的示范城市。
山東
2018年,《山東省新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2028年)》:推動山東全省由“山東制造”向“山東智造”、“山東創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。2019年1月4日,由兗礦集團有限公司、山東重工集團有限公司與山東國惠投資有限公司三家省屬企業(yè)發(fā)起,由68家省內(nèi)外會員單位組成的山東氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立。
江蘇
2018年,蘇州市發(fā)改委網(wǎng)站發(fā)布“市政府辦公室關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)蘇州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導意見(試行)的通知”。2018年,張家港市人民政府印發(fā)《張家港市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃(2018—2020年)》。全省初步形成涵蓋氫 氣制備和儲運、燃料電堆、電池系統(tǒng)、整車制造和加氫站建設運營在內(nèi)的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈,從事氫燃料電池汽車關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈的重點研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)達20家,2017年實現(xiàn)產(chǎn)值約11億元,生產(chǎn)氫燃料電池汽車441臺。
四川
日前發(fā)布的《四川省打好柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)實施方案(征求意見稿)》提到,鼓勵開展燃料電池貨車示范運營,建設加氫示范站;支持替代燃料、混合動力、純電動、燃料電池等技術(shù)攻關(guān),鼓勵開發(fā)氫燃料等新能源專用發(fā)動機,優(yōu)化動力總成系統(tǒng)匹配。
相較其他燃料,在純電動和氫能源兩個零排放技術(shù)方向上,燃料電池的優(yōu)勢是續(xù)航長、燃料補給快、自重輕等。因此,燃料電池系統(tǒng)在載貨運輸應用方面有著明顯優(yōu)勢。從各地此前發(fā)布的政策可以看到,已經(jīng)有城市在探討燃料電池在貨運行業(yè)的發(fā)展。
四、三種電池優(yōu)劣勢比較
圖片來源:SMM
㈠成本方面
鉛酸電池歷史悠久技術(shù)成熟成本要低于鋰電池:1KWH的鉛酸電池的價格在500元及以下,而1KWH的鋰電池的價格達到1200元,目前鉛酸電池價格還是有一定的優(yōu)勢,但隨著鋰電池相關(guān)技術(shù)發(fā)展加快,其價格呈下降趨勢,優(yōu)勢很快會被抹平。
而氫能源電池相對二者而言成本較高,一方面,制氫過程能量損失大;制氫要先從電解水開始,耗費電能,產(chǎn)生氫氣,氫氣再發(fā)電過程中還會有能量損失;且電解水的電目前也是以煤電產(chǎn)生為主,燒煤發(fā)電也會有能量損失。
另一方面,催化劑金屬鉑十分稀缺;在氫燃料電池發(fā)電的過程中需要使用金屬鉑作為催化劑,其價格非常昂貴。大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料電池,鉑金屬將會因為需求增加價格上漲,且其本身就十分稀缺。
第三個方面,氫的運輸成本不菲;現(xiàn)在常見的氫 氣運輸方式是采用高壓氣罐,但這種方式的單次運輸量非常有限。另一種方式是液態(tài)運輸,但是要將其保持在-252.77攝氏度,意味著非常高昂的成本,不太現(xiàn)實。還有一種方式是固體儲氫,利用固體對氫 氣的物理吸附或化學反應,將氫儲存于固體材料中。固體儲氫方式安全穩(wěn)定,但是能在常溫下還原的多為鈀、銠等稀有貴重金屬,同樣不太現(xiàn)實。
此外,更為重要的是加氫站的建設成本。一座加氫能力大于200公斤的加氫站建設成本在1000萬元以上,如此高昂的建設成本成為加氫站快速發(fā)展的最大障礙。
㈡環(huán)保方面 鉛酸電池由于含有重金屬鉛,在生產(chǎn)中會產(chǎn)生污染,廢舊電池處理不當也會產(chǎn)生污染。而鋰電池生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染非常小,廢舊電池中只存在少量的污染成分。
氫能源電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學反應,燃燒會釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風能發(fā)電等),整個循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
㈢效率方面
鉛酸電池就壽命、能量密度以及充放電效率方面均不及鋰電池和氫能源電池。
鋰電池能量比較高,具有高儲存能量密度,已達到460-600Wh/kg,是鉛酸電池的約6-7倍;同時,使用壽命可達到6年以上,磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C(100%DOD)充放電,有可以使用10,000次的記錄。
氫燃料電池儲能密度高,大約為1kWh/kg,且重量輕,續(xù)航里程普遍更遠。通常會超過500公里,而純電動汽車則根據(jù)電池容量的大小,目前大部分純電動汽車續(xù)航里程在300公里左右,少數(shù)車型可以達到400~500公里。
此外,加氫就像加油一樣,一般只需3~5分鐘。而電動汽車的充電則是一個緩慢的過程。即使特斯拉推出了超級充電站,通常也需要1個小時以上。氫能源電池的發(fā)電效率可以達到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過熱能和機械能(發(fā)電機)的中間變換。
㈣安全方面
鉛酸電池歷史悠久技術(shù)成熟安全性要高于鋰電池,鉛酸電池能在復雜的環(huán)境中使用。而鋰電池對環(huán)境要求相對較高,對充放電電流電壓要求較高,一旦過充或者過放都有可能導致不可逆轉(zhuǎn)的損壞。鋰離子電池儲存的總能量和其安全性是成反比的,隨著電池容量的增加,電池體積也在增加,其散熱性能變差,出事故的可能性將大幅增加。
由于燃料電池直接采用空氣中的氧做氧化劑,空氣中的雜質(zhì)如SO2、H2S等有害氣體進入燃料電池中,引起燃料電池陰極催化劑“中毒”,造成陰極催化劑不可逆轉(zhuǎn)的損傷,從而導致燃料電池性能下降。
盡管氫能源電池有一定安全隱患,但談“氫”色變的觀念已經(jīng)過時,氫氣泄露速度快于常見燃料,但泄漏總能量不高,氫 氣具有很高的擴散系數(shù)和浮力,泄漏時可迅速降低濃度,氫氣爆炸極限范圍寬,但爆炸能很低且不產(chǎn)生濃煙和灰霾,氫脆現(xiàn)象會引起金屬脆化裂紋,可以選用合適的材料防護避免。
五、三足鼎立 誰能勝出?
誰能勝出在于市場選擇。
鉛蓄電池隨著電動自行車、汽車等鉛的終端消費品產(chǎn)量下滑,以及鉛蓄電池在部分領(lǐng)域面臨被鋰電池和氫能源電池滲透的壓力,未來鉛產(chǎn)業(yè)消費動力不足,消費將逐步步入平臺期。2019年,隨著生態(tài)保護和污染防治工作的深入推進,以及下游消費市場持續(xù)低迷,鉛蓄行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的任務將更為迫切。
汽車產(chǎn)業(yè)逐步進入新能源汽車時代,機遇遠遠大于挑戰(zhàn)。新能源車型的結(jié)構(gòu)將由低端車型向中高端車型發(fā)展,隨著新能源汽車市場的逐漸成熟,新能源車型同燃油車一樣將會受到消費升級的帶動,由低端向中高端車型升級。
然而,與純電動汽車相比,燃料電池汽車不僅在我國,在全世界的推廣應用都不太理想。本世紀初,在動力蓄電池能量密度達不到汽車使用需求的前提下,專家多認為燃料電池汽車是電動汽車的終極階段,這可以理解。但是近年來,動力蓄電池技術(shù)已有重大進步,對此結(jié)論應重新評估。就當前技術(shù)狀況,動力蓄電池電動汽車更適用于城市、短途、乘用車,而燃料電池汽車更適用于長途、重載、商用車。二者是互為補充的關(guān)系,并不是互相替代的關(guān)系,至于將來孰優(yōu)孰劣,由于技術(shù)還在發(fā)展,基礎設施正在建設,商業(yè)模式也在持續(xù)不斷創(chuàng)新,仍存在巨大變數(shù)。
氫能燃料電池技術(shù)需要加快發(fā)展,這符合我國能源革命的需要。“但氫和電都是能源載體,并無‘終極’之說!敝袊茖W院院士、清華大學教授歐陽明高認為,小型轎車對能量要求較低,鋰電池可能發(fā)揮更大作用,“所以就新能源汽車而言,燃料電池與純電將來會是共生共存”。
“純電動、氫燃料和混合動力,都有各自的優(yōu)勢,中國市場這么大,三條技術(shù)路線在今天和明天都是需要的!痹5月12日舉行的第十屆汽車藍皮書論壇上,上海交通大學智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車創(chuàng)新中心主任殷承良說,至于未來究竟誰能勝出,“取決于技術(shù)進步和市場選擇”。
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