您好!欢迎访问中国储能网!
您的位置: 首页  > 首屏 > 深度观察

氢燃料电池才是未来?全世界为何都绕不开丰田这个巨人

作者:中国储能网新闻中心 来源:车威 发布时间:2018-04-23 浏览:
分享到:

中国储能网讯:新能源汽车发展到今天,由于锂电池技术遭遇瓶颈,所以在续航里程、充电时间、使用寿命方面迟迟没有得到更大的突破。但科技并非仅有一条发展路径,作为具有更高能量密度的氢燃料电池,也许将成为未来真正可以依赖的新能源技术。

尽管特斯拉创始人马斯克曾嘲笑丰田的企业战略是“不可思议的愚蠢(incredibly dumb)”,但是其在氢燃料电池技术上已进行了长达二十年坚持不懈的研发和投资,使得丰田在这项技术方面取得了巨大的成就,克服了数量庞大的技术难题,拿出了丰田Mirai这一款量产氢燃料电池车。那么,如何看待氢燃料电池技术?如何看待丰田这场豪赌式的技术研发?看本文为您详细解读。

什么是氢燃料电池?什么是FCEV?

氢燃料电池并不是像内燃机那样“燃烧”氢气,而是将氢气和氧气分别置于阳极和阴极两端,氢质子穿透质子交换膜(PEM)的孔洞与氧分子结合,在催化剂的作用下发生氧化还原反应,而被阻隔在膜外的电子需要绕道电极板两端,在此过程中不经过热能转换直接产生了电流,转化效率高,无噪音,并生成最终唯一的反应产物——水。

FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle),即燃料电池电动车的简称。虽然早在1893年就提出了氢燃料电池的原理,可是直到1994年奔驰才拿出了世界上第一款氢燃料电池车NECARI,直到2015年,我们才等来了世界上第一款氢燃料电池量产车丰田Mirai。不过值得欣慰的是,本田、日产、宝马、福特、现代、通用等汽车巨头,都已默默开始了FCEV的技术研发。

氢燃料电池在技术上有哪些优、劣势?

目前锂电池的技术已经发展到了瓶颈,石墨烯电池技术也迟迟未能突破,而另一方面氢燃料电池汽车却具备许多令人称羡的优点:氢能来源非常丰富(石油、天然气、煤、水、沼气……)、零排放(仅限使用环节)、低温性能好、能量密度大、续航时间长、加氢时间短(3分钟)等。

从人类社会使用能源角度来看,氢燃料电池技术还有着更丰富的应用价值和意义,比如航天情境中仅排放水的能源更加便于利用,还可更高效地利用劣质能源如褐煤、沼气等,利用输出不稳定的风电等就近制氢,还可以小型化之后成为单兵作战装备或供给家庭、野外紧急用电等,成为可靠的“发电机”等等。

当然,现阶段氢燃料电池的大规模普及仍然有巨大的技术鸿沟需要跨越,比如说氢气站的建设、氢气的制备和运输都需要大量的耗能,尤其是高能储氢材料都还在探索之中,在安全性方面也饱受质疑,氢燃料电池反应堆中质子交换膜的耐温度范围也存在待解决的问题,在技术难度上需要革命性的研究成果。

目前亟待解决的难题,就是电池反应堆中的催化剂必须是贵金属——铂(没有替代材料),对氢的纯度要求极高(99.99%),一旦与空气中的一氧化碳、二氧化硫等接触,就会“中毒”,催化效果就会大大降低,对于国内糟糕的空气质量,只有带上压缩纯氧才能上路。虽然丰田对其进行了电镀处理,降低了90%的铂使用量,但一辆车仍至少需要15克铂才能运行,成本也是居高不下。

丰田Mirai是一辆怎么样的氢燃料电池汽车?

丰田Mirai搭载的氢燃料电池发电功率为114千瓦(英制马力约152匹),体积功率密度为3.1千瓦/升,而在储能的安全性上,采用了能够承受70兆帕压力的储气罐,用碳纤维+凯夫拉(防弹衣面料)强化其抗撞击能力,经测试可以抵御轻型武器的子弹攻击。其充电时间为3-5分钟,两个储气罐全部加满后JC08模式(日本的油耗测试标准)续航里程可达650公里,实际续航里程也可轻松达到550公里。而Mirai在日本最终补贴完之后,实际售价仅为人民币26万元,加氢价格仅为58.4元/公斤。

从丰田Mirai的性能角度来看,最大功率152马力,最大扭矩335牛·米,0-96公里/小时加速为9秒,并不是特别突出,尤其是与特斯拉这样的性能怪兽相比,但是考虑到更优秀的续航和充能时间,想必会有不少人愿意舍弃性能指标来考虑Mirai。

丰田设置的技术壁垒以及背后的战略诉求

丰田从上世纪90年代开始,截止到2017年5月,包括量产车和四代概念车在内,已经在氢燃料电池技术上申请了15867个专利,涵盖了燃料电池堆专利、高压储氢罐专利、燃料电池系统控制专利以及加氢站技术等,建立了氢燃料电池方面独一无二的技术壁垒,成为氢燃料电池汽车领域的巨人。最为难得的是,丰田通过严格的成本管理控制,将一台成本堪称天价的概念车,做到了量产价只需要不到人民币40万(补贴前),这对于其它厂家来说在技术上完全领先了不止一代。

对于能源较为匮乏的日本来说,氢燃料电池无异于新世纪的“国家战略”,在2020年东京奥运会时日本政府将提供100辆氢燃料电池大巴,在长期规划中2030年全日本要兴建累计1000座以上加氢站。当然,丰田在氢燃料电池上的全情投入,一方面是对未来汽车技术的布局,另一方面也是对国家战略的呼应。

虽然在十几年前,前美国总统小布什曾联合前欧盟委员会主席普罗迪签发了氢燃料电池的巨额研发经费,但是能二十年如一日地坚持下来投入研发的仅有丰田一家。日本岛国资源稀缺,把能源目标放在氢燃料电池上,有其合理的诉求,而丰田则没有放弃自己的专长去跟风做纯电动车。事实上,丰田在三年前就宣布了要无偿公开5680多项专利,目前也积极地与宝马展开合作,也在与中国政府洽谈产业意向,这些都是在其深感紧靠丰田一家“单打独斗”难以取得更大突破,对相关产业发展缓慢的情况下所体现出来的权宜之计。毕竟,氢燃料电池技术丰田啃了二十年,正发挥着领头羊的作用,自然想在传统纯电动车的基础上开辟第二战场。

氢燃料电池技术与锂电池技术何去何从?

锂电池技术在当前的新能源车型中占据了主流态势,这其中特斯拉、蔚来汽车们最具备代表性,那就是锂电池技术以及相关的轮毂电机驱动技术等等,并不具备太大的专利壁垒,尤其是在电池成本开始规模化大幅降低的今天,许多厂商可以像智能手机产业一样直接享受到上游成熟产业所带来的优势,迅速地开创新能源汽车品牌。哪怕是手机电池还是都得一天一充,还是很容易就可以从图纸变成量产销售的实车。而选择氢燃料电池技术路线的车企车企屈指可数,除了丰田之外,只有宝马(Hydrogen7)、现代(NEXO)、本田(CLARITY)等少数几家。

另外,国内各级政府为了大力推广新能源车提出了许多优惠项目,尤其是国网大力建设充电桩,这必然会为锂电池汽车提供了良好生存的土壤。相对比起来加氢站目前国内仅有可怜的7座,它们之间的推广难度差异不是一星半点。

话说回来,国家“十三五”发展规划中将燃料电池车应用发展指定到了不久之后的2030年,但是仅2017年氢燃料电池投资项目就达1000多亿,产能为17万套氢燃料电池发动机,出现了大批公司跟进的投资热潮。丰田这种典型的日本企业赌博式押宝某一科技,意图抢占未来技术发展先机,期望能够形成技术垄断和壁垒,这也是丰田的野心所在。只不过,在基础设施需政府扶持和推进,研发进度缓慢的情况下,丰田未来的路其实还是漫长而艰难。

小 结:什么是“大势所趋”?化石能源被清洁、环保、高效的新能源取代,就是本世纪几乎不可逆转的趋势之一。氢燃料电池技术在使用上有着许多天然的优势,如能量密度高、充能快、零排放等,而且在能源革命的大趋势面前,还有更多的说服力。任何新技术由发展到成熟都需要大量的社会前期投入,虽然最终与锂电池方案相比“鹿死谁手”仍未可知,但是氢燃料电池一旦能够克服储能、运输、催化等难题,那么带来的交通革命甚至是能源革命将是颠覆性的。

关键字:丰田 氢燃料汽车

中国储能网版权声明:凡注明来源为“中国储能网:xxx(署名)”,除与中国储能网签署内容授权协议的网站外,其他任何网站或者单位如需转载需注明来源(中国储能网)。凡本网注明“来源:xxx(非中国储能网)”的作品,均转载与其他媒体,目的在于传播更多信息,但并不意味着中国储能网赞同其观点或证实其描述,文章以及引用的图片(或配图)内容仅供参考,如有涉及版权问题,可联系我们直接删除处理。其他媒体如需转载,请与稿件来源方联系,如产生任何版权问题与本网无关,想了解更多内容,请登录网站:http://www.escn.com.cn

相关报道

深度观察