锂电与氢能,谁才是未来?

2020-02-19 23:00:53 4点赞 7收藏 9评论


锂电与氢能,谁才是未来?



目前的电动车都是电池车,实际上一百多年前就有雏形,后来一种发展为现在的锂电池,另一种就是氢燃料电池。

由于众所周知的原因,今天燃油车被全球各地政府“围追堵截”,电池车被“钦定”为更适合代步的未来交通工具,于是继上世纪初之后,电池车迎来了它的第二次爆发,与此同时,锂电池和氢电池的“路线之争”也喧嚣尘上。

特斯拉认为氢燃料电池技术“极其愚蠢”,认为这条路走不通,目前主流车厂也大都不约而同迈上锂电之路,似乎氢燃料败局已定。但日本不这么想,已计划成为全球第一个氢能社会——2021年3月之前,日本政府和汽车行业将共同建成160个加氢站,量产4万辆氢燃料电池车。

最终两者谁能获胜?如果你也对此好奇,就一同来做个比较。

氢燃料电池有什么优势

很明显,相比锂电池,氢电池的一大优势是能量密度。

压缩氢能的能量密度接近每公斤40kWh,比汽油还高数倍。锂电池只有每公斤0.278kWh,大部分在0.167kWh,氢能的能量密度是锂电池的239倍,所以这方面的优势是碾压的。

再一个优势是分量轻。

同样是500公里续航,氢电池对车重影响不大,锂电车就很头痛了,比亚迪唐的原型是S6,车重1.6吨,改造成锂电车之后,电池超过200公斤,而为此还需要强化车身结构,这就形成一个恶性循环,由于能量密度低,需要大容量锂电池,而车重增大了,又会降低续航,于是要达到目标续航,锂电池容量还要更大才行,于是车重会飙升,比亚迪唐的车重最终达到了2.4吨,这显然不利于节能。


锂电与氢能,谁才是未来?



氢电池还有一个优势,在于用户习惯——只需要3分钟就可完成加氢,和燃油车很接近,而锂电车需要长很多的充电时间,这不仅违背(燃油车)用户之前的习惯,还相对低效,会耗费更多的时间成本。

说完优势,再来谈氢电池的劣势

首先,氢气的制取非常低效。

锂电车可以直接从电网取电,氢能车上路需要制氢,而制氢需要用电。

如果采用传统的蒸汽重组或者电解法制氢,能量损失超过30%,虽然最新的离子膜电解法可将能效提升至80%,但锂电池直充的效率是99%,差距明显。


锂电与氢能,谁才是未来?



其次,氢气的存储和运输成本相当高。

刚刚制取出来的氢气,能量密度是非常低的,要增大密度,主要有两种方式:一是加压,用790倍大气压把氢气压缩到高压罐中,过程中的能量损耗约为13%;二是液化,降温至-253℃,氢气会凝结,过程中的能量损耗极大,约为40%。

因此常用方式是加压,但高压罐比液化罐重,这也会损耗一定能量。

储存起来之后,需要将氢气运送到加氢站,方式也有两种:一是大厂集中制氢,这样做产量高,但运输成本也高;二是加氢站现场制取,运费低,但产量也低,生产成本相应增高。而且运氢过程中的能量损失也很大。在普及现场制氢设备之前,运氢主要依赖卡车和管线,能量损失在10-40%之间。相比之下,电网传输损耗仅为5%。


锂电与氢能,谁才是未来?



最后,氢能的“从油箱到车轮(tank to wheel)”的能量效率较低。

氢燃料电池车加氢之后,氢能转换为电能,转化效率约60%,而锂电车考虑到交流直流的转换,效率约为75%。

氢燃料电池同样存在交直转换问题,所以最终氢能全周期的效率可能不超过30%,如果锂电车供电全部来自于可再生能源的话,氢能的全周期效率仅为锂电的一半,但如果考虑到我国发电7成靠煤,则锂电的全周期效率略低于氢能。

总结:

由于效率和成本问题,氢能车预期使用成本是锂电车的数倍,这也正是绝大部分车厂选择锂电的原因之一。

但丰田们并未停下脚步,选择双管齐下,因为氢能车与锂电车真正要竞争的对象,不是对方,而是燃油车。

相比油车,氢燃料电池车的热效率高出一倍,由于续航和充能优势,运输效率也高。

在充能设施没有普及之前,氢燃料电池车适用于卡车,客车,工程机械车,甚至是飞机,因为这些交通工具路线相对固定,便于铺设补能网络,无需电网。

相比之下,锂电车如果不解决能量密度和充电时间问题,最适合它应用的场景,依然是有轨电车,只不过电车的锂电池不是用来驱动的。

所以结局如何,要看谁先化解自身问题。

部分译文:

Real Engineering

文|休不眠

图|网络

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9评论

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  • 9楼
    02-27 23:35
    阅读文章100天
    1

    现在谈氢能汽车还为时过早,且不用说氢能汽车,现在烧天然气的出租车续航能能力都赶不上电动车,以我国的基建能力,无线充电公路都比氢能更有前景。

    2

    你确定建设全国的公路成本比氢能低? 你去看看造普通大马路得多少钱吧… 真正的氢能汽车丰田已经量产了,续航和汽油车差不多,加氢时间也和加油差不多。你建设再多充电桩解决不了充电速度有什么用。无线充电公路得多大功率。

    3

    你怎么不算算加氢站的钱?不修马路,修快速充电站也比加氢站便宜不是一点半点吧。

    加氢站比修马路绝对便宜的多得多得多。中国马路有多少?修马路可不是闹着玩的。充电站也绝对比加氢站便宜的多得多得多,但是充电比加氢(加油)慢的多得多得多。以目前的技术纯电动车想要替代汽油车,要解决充电时间和电池能量密度,低温续航,电池处理问题。电池和充电技术没有重大突破的话,电动车本质上是过度技术

  • 8楼
    02-27 21:58
    签到1000天阅读文章30天
    1

    现在谈氢能汽车还为时过早,且不用说氢能汽车,现在烧天然气的出租车续航能能力都赶不上电动车,以我国的基建能力,无线充电公路都比氢能更有前景。

    2

    你确定建设全国的公路成本比氢能低? 你去看看造普通大马路得多少钱吧… 真正的氢能汽车丰田已经量产了,续航和汽油车差不多,加氢时间也和加油差不多。你建设再多充电桩解决不了充电速度有什么用。无线充电公路得多大功率。

    你怎么不算算加氢站的钱?不修马路,修快速充电站也比加氢站便宜不是一点半点吧。

  • 7楼
    02-23 10:47
    阅读文章100天
    1

    现在谈氢能汽车还为时过早,且不用说氢能汽车,现在烧天然气的出租车续航能能力都赶不上电动车,以我国的基建能力,无线充电公路都比氢能更有前景。

    你确定建设全国的公路成本比氢能低? 你去看看造普通大马路得多少钱吧… 真正的氢能汽车丰田已经量产了,续航和汽油车差不多,加氢时间也和加油差不多。你建设再多充电桩解决不了充电速度有什么用。无线充电公路得多大功率。

  • 6楼
    02-20 12:57

    锂电池是个过渡,2050年开始氢能开始主宰,丰田还是牛

  • 5楼
    02-20 12:44
    芝麻信用阅读文章15天签到666天社交新星

    电池的可靠性如何解决?极端低温导致电放不出来

  • 4楼
    02-20 12:14
    618勋章签到666天社交新星阅读文章30天

    20年内还是电动车是新能源主力。氢能源汽车还有材料,转化,运输,安全性等挺多问问需要时间来解决。

  • 板凳
    02-20 11:28
    阅读文章30天签到3天

    中国不会考虑氢能汽车的,国情决定。电池组的标准化才是中国现在最实际的

  • 椅子
    02-20 09:15
    阅读文章100天原创新星社交新星
    1

    现在谈氢能汽车还为时过早,且不用说氢能汽车,现在烧天然气的出租车续航能能力都赶不上电动车,以我国的基建能力,无线充电公路都比氢能更有前景。

    最主要的是氢能源应用相关的储存,运输,以及电池堆。。。我们都不掌握核心技术。。。

  • 沙发
    02-20 08:38
    签到1000天阅读文章30天

    现在谈氢能汽车还为时过早,且不用说氢能汽车,现在烧天然气的出租车续航能能力都赶不上电动车,以我国的基建能力,无线充电公路都比氢能更有前景。

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