目前来看,即便是单压氢能源的日本,手中握着一堆氢能源汽车专利的丰田也已经看清楚现实,接下来的5年到10年,基本ALL in 电动汽车了。) S7 R* M( ]) k* S3 c+ b" w
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虽然在很多人看来,氢能源的燃料电池是比锂动力电池要好很多。
, U, q) V! t7 u- N m因为锂电池自身并不能发电,属于二次电池,是靠外界的电压让锂离子在电池正负极来回跑(摇椅电池)来进行充放电,实际就是靠化学能和电能之间的转换。实际锂电池是个储能装置,如果不给它充电,它自身是无法充当动力的。
/ ?- s( x1 P4 S而氢燃料电池则相当于动力装置,如同燃油汽车的(汽油+发动机),属于发电提供动力的设备。
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. Q. ~! v. o5 X! [* s一手的肯定比二手的要来得快捷,加氢不比充电,氢电池的汽车一般去加氢,只需要5-8分钟左右就能加满。- k$ t% F4 M# ]' F" `
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% }( O: X1 f! H( Q$ }) U另外,氢能量密度比锂电池要高很多。# `* x9 }* i% e @
目前三元锂电池锂离子的电芯能量密度约为1.08MJ/Kg(理论),如果要提升,只能靠全固态锂电池了。而氢的能量密度为143MJ/Kg,是现有锂电池(电解液)的130倍。! K: G9 ]* C; ?) [" S& n/ F. g
在超高能量密度的支持下,氢电池的续航里程很容易就达到或者超过现有燃油汽车,以丰田Mirai为例(北美市场销售),因为储氢工艺,成本的问题,即便并没有发挥氢的高能量密度,但新车型在海外测试中的实测续航,也达到了1003公里的里程。5 I4 z3 D* e$ V$ M2 u
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而且氢的制备所需原料,比锂电池的原料也要来得方便。
- H/ U- y" x' {( G/ l7 l5 p比如能量密度高的NCM电池,镍钴锰酸锂电池,国内的钴金属的资源非常匮乏,多匮乏呢?
3 x/ S8 i( z; e& v+ k! S按照国土资源部2012年公布的2011年全国矿产资源储量通报,我国钴储量基础为7.99万吨,资源量为56.6万吨,具有开采意义的储量为4.21万吨,占查明资源储量64.59万吨6.5%。我国钴资源储量仅占全球总量的1%,因此钴资源十分短缺,每年自产矿石钴金属量只有1500吨左右,进口依赖度在90%以上。 氢能源还有一个好处,就是天生耐寒,即便在零下三四十摄氏度,也能保障动力充足。而无论是三元锂还是磷酸铁锂,在超低温下,除非是特定配方,否则电解质都趋向凝固,无法充放电。
9 l) ^/ G3 A3 f4 G拥有众多的优点,但是为什么氢能源车还是远远赶不上纯电动车?
& Y2 D( V/ g6 w, F只是因为氢燃料的成本太高了,远远高过纯电车的成本。无论是生产成本,消耗成本还是基础设施成本。
0 I) S. a; \' U& [4 |+ |先说生产成本。5 U& u" g9 {+ E$ ~2 L
2021年,行业平均磷酸铁锂电池成本为0.65元/Wh,三元锂电池的成本略高,为0.9元/Wh。
( K' z" u2 i- ^$ e: M而氢燃料电池成本则高得多,基本达到了2元/Wh.
8 d' c6 j* e' u! P所以,相同电量下的成本,氢燃料电池要高上许多。不过这也和批量性有关系,氢电池的国内制造并未像锂电池那样成熟的市场化,所以批量小的情况下,氢燃料电池肯定是价格高上许多。
( ` y9 r7 R+ o, Z8 }再说消耗成本。
$ `3 l. B* `& f& E# T8 z普通汽车的锂电池耗电大概为百公里13KW*h,电量按每度0.6元家用电----2元商用电来算,百公里电费为7.8元到26元。. @) m$ m- l, n+ c7 O' f
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7 c; }- Z; p4 C2 F. j4 q6 P加氢站目前的加氢价格为每公斤氢气50-100元(补贴价),普通汽车每公斤氢气续航100公里,百公里的耗费为50-100元,要知道这还是国家大力补贴后的价格,而且因为定价比较低,即便有了国家补贴,加氢站普遍还都是亏损状态。# a4 `$ S; F$ w# M) B" d& O$ g. o
最后说基础设施成本。
7 q2 ?2 a/ \# D! h) F1 R一个大型的锂电池充电站及配电设施投资,大概在百万级别。特斯拉的超级充电站的建造成本在200万元左右。) y+ G: x9 y w2 o. p# E8 \% A* q
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而一个加氢站的投资则在千万级别,一个每天500KG加气级别的加氢站,其建设费用大概在1200万到1800万之间。
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所以说,氢电池,无论从生产成本,还是消耗成本,还是基础设施成本,都远高于锂电池。
9 j6 [$ N+ Q* B& ~' Z再说存储和运输,也是氢能源的短板。" T- Z2 c7 l* n1 x& M% f
因为氢气在常温常压下是气态,所以为了方便存储和运输,我们要把它压缩。
$ ?' }. [) J* z3 e& z# S& _常用方法是高压对氢气进行压缩,需要耗费大量的压缩功不说,高压储氢容器的造价还相对昂贵。因为氢的原子半径非常小,在高压下,氢气甚至可以穿过很厚的钢板。而且氢气非常活泼,一旦泄露,极易和氧气混合发生燃烧和爆炸。(现在国内要求周边建筑物必须要离加氢站12-50米,站外明火必须离加氢站20-40米。)
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# Y/ M+ p; m% j/ r; M) B% i2019.6.10日,挪威加氢站燃烧、爆炸1 ?/ s5 c5 h) ^7 }( t" m+ m
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另一个就是运输的效率低下。/ Z+ C/ v2 F1 M; k( R) j; `& h9 H$ z
所有元素中,氢的重量最轻,为水的密度的万分之一,普通高压储罐的氢气密度比较低。即便在零下253摄氏度时,氢气变为液体,但密度只有70g/L,依旧只有水密度的十五分之一,一大车也装不了多少氢气。而液态氢的运输和存储,因为容器的高要求和极易发生泄露的危险,所以暂时无法民用。- W5 o' g( c4 z6 F3 ^
所以,现在还基本用的氢气压缩瓶来进行运输,一辆可载重40吨的超大卡车来运输氢气,一趟只能运输400公斤的氢气。) D; b) D+ u7 D/ G8 g% b) `8 j7 P: U
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# F; o; ^9 m' c, D别看储气瓶这么大,一瓶充装10MP压力的,和人等高(40L)的瓶子只能装三四百克的氢气,而一辆普通的加氢小汽车,就需要三到五公斤的氢气…………
6 \% n* B6 @$ g- u, I" Q即便是用高压、低温这种耗能巨大的方式来运输氢气,实际效率也并不高。7 t7 _+ t+ |& I% i" o. O
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所以,总体而言,因为综合成本的关系,且锂动力电池的商业化程度较高,其产业链和工艺也比较成熟。众多车企为什么都纷纷推出旗下的电动车型,因为即便国家不补贴了,电动汽车依旧能够正向盈利,持续良性发展。2 g. B a/ u0 F7 e3 _
而氢能源车目前在国内还是处于商业化的起始阶段,成本高,企业无法靠产品盈利,基本还得依靠着国家的补助生存,自然无法快速发展。
. `) X4 a& R! \+ Z; N但长远看来,氢电池因为其能源清洁,零排放,续航里程长,大型商用车的加注时间短,且适应极寒地区,在未来的国内也会有着一席之地。国家的发展策略也是两手都要硬,两条路都要走,不能只发展锂电池忽略氢能源。这也是大国的兼容并蓄之道了。 |