氫燃料電池才是真正的 “黑科技”

時(shí)間:2018-10-11 10:56來(lái)源:智通財(cái)經(jīng)網(wǎng) 作者:綜合報(bào)道
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　　近日，比亞迪(01211)向投資者透露正在研究氫燃料電池。實(shí)際上，今年5月份比亞迪就已經(jīng)與美國(guó)混合動(dòng)力公司達(dá)成協(xié)議將合作研發(fā)氫燃料電池客車(chē)。
 
　　不止比亞迪，據(jù)了解，國(guó)內(nèi)企業(yè)濰柴動(dòng)力(02338)、長(zhǎng)城汽車(chē)(02333)等，都先后布局氫燃料電池，日本豐田更是早在1992年就開(kāi)始了氫燃料電池汽車(chē)的研究。今年5月份，李克強(qiáng)總理參觀豐田汽車(chē)北海道廠(chǎng)區(qū)時(shí)，就表達(dá)出對(duì)研發(fā)氫燃料電池汽車(chē)的強(qiáng)烈意愿。
 
　　那么這個(gè)氫燃料電池究竟是怎樣的“黑科技”，讓各大汽車(chē)廠(chǎng)商接踵而至？而又是什么原因，讓氫燃料電池汽車(chē)上路的腳步備受考驗(yàn)？
 
　　氫燃料電池：新能源終極解決方案？
 
　　當(dāng)前市場(chǎng)上的動(dòng)力電池，鉛酸電池是大頭，再者是鋰電池，燃料電池只有極小一部分。
 
　　燃料電池是不是新能源的終極解決方案，下面用一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)回答一下。
 
　　鉛酸電池和鋰電池都屬儲(chǔ)能電池(二次電池)，即需要先充電再放電，其本質(zhì)為可逆的金屬元素的氧化還原反應(yīng)。拿鉛酸電池來(lái)說(shuō)(下圖)，左到右為放電過(guò)程，右到左為充電過(guò)程，由電子守恒可知該反應(yīng)為2電子反應(yīng)。鋰電池原理類(lèi)似，只不過(guò)是單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。
 
　　從元素周期表可知，鉛相對(duì)分子質(zhì)量為207.2，鋰為6.9，也就是說(shuō)每轉(zhuǎn)移一個(gè)電子，需要的鉛和鋰分別為103.6和6.9。
 
我們?cè)倏纯匆幌職淙剂想姵�，其基本反�?yīng)過(guò)程如下圖，在陽(yáng)極和陰極分別加入氫氣和氧氣(空氣)，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)并放電。有反應(yīng)式可知每個(gè)氫原子可轉(zhuǎn)移一個(gè)電子，反過(guò)來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)移一個(gè)電子需要的氫為1。
 
　　經(jīng)智通財(cái)經(jīng)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)氫燃料電池轉(zhuǎn)移一個(gè)電子比鉛酸電池和鋰電池需要的質(zhì)量更小，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是能量密度更大。從下表也可以看出，氫能的能量密度占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
 
　　事實(shí)上還遠(yuǎn)不止如此。由于在實(shí)際反應(yīng)中，電池的能量轉(zhuǎn)換會(huì)有損耗，二次電池的充放電過(guò)程相對(duì)燃料電池的直接放電損耗更嚴(yán)重。由于不受卡諾循環(huán)限制，燃料電池理論能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)90%以上，實(shí)際效率可達(dá)到60%。
 
　　在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，氫燃料電池也有儲(chǔ)能電池不可比擬的優(yōu)勢(shì)，即“充氣五分鐘，續(xù)航一千里”，充氫5分鐘可行駛500公里，而儲(chǔ)能電池此時(shí)還趴在充電樁吸取能量。
 
　　理論上，氫燃料電池集合了汽油車(chē)的高能量比、即充即走，以及超越儲(chǔ)能電池的高能量轉(zhuǎn)換效率、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，可謂新能源車(chē)的終極解決方案。
 
　　既然優(yōu)點(diǎn)這么多這么明顯，然而為什么氫燃料電池汽車(chē)還未大規(guī)模上路？這就不得不說(shuō)說(shuō)氫燃料電池車(chē)上路的幾個(gè)“絆腳石”了。
 
　　氫燃料電池車(chē)的挑戰(zhàn)是什么？
 
　　首先，一輛車(chē)想上路，絕對(duì)不僅僅只是一輛車(chē)自己的事情，它涉及到氫氣的制取——儲(chǔ)運(yùn)——加氫站——汽車(chē)充氫，同樣燃料電池系統(tǒng)的組裝需要電極板、電解質(zhì)、交換膜、催化劑、擴(kuò)散層等部件。
 
　　那么問(wèn)題就來(lái)了，氫氣要怎么制��？目前主流的制氫方式有煤制氫、氯堿副產(chǎn)物制氫、電解水制氫等，這個(gè)弊端還是很明顯的。
 
　　智通財(cái)經(jīng)分析認(rèn)為，先不說(shuō)煤制氫將煤中的化學(xué)能多了幾道程序，如果氫氣不純含有二氧化碳或者一氧化碳，很容易將電池的催化劑毒化。氯堿副產(chǎn)物制氫依賴(lài)于工業(yè)品生產(chǎn)布局，不適于大規(guī)模推廣。電解水制氫也是走了其它能源——電能——化學(xué)能——電能的長(zhǎng)路子，不過(guò)如果初始能源是清潔能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能還好，如果是其它形式能量則就得不償失了。
 
　　另外，氫氣為氣體，其體積密度極小，這為儲(chǔ)存運(yùn)輸帶來(lái)了很大的困難。一是儲(chǔ)存能量比低，一是安全性差。再加上目前加氫站布局又少，這就很難受了。
 
　　從電池本身來(lái)說(shuō)，高成本、“敏感體質(zhì)”都讓這位顯得有些高冷。目前氫燃料電池的催化劑主要使用鉑，雖然也有關(guān)于其它催化劑的研究，但奈何鉑還是性能最好的，不得不用。而且催化劑、交換膜都顯得有些“嬌氣”，一鬧脾氣就容易生病甚至罷工。
 
　　既然問(wèn)題重重，為什么還要研發(fā)氫燃料電池呢？
 
　　堅(jiān)持研發(fā)，只因機(jī)遇在這里
 
　　最大的困難不是它本身，而是不知道困難在何處。如果能看到難點(diǎn)在哪里，辦法總比困難多。
 
　　針對(duì)制氫問(wèn)題，由于太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電等具有不穩(wěn)定性，所以目前的措施是將電能儲(chǔ)存起來(lái)，而實(shí)際上將這些電能直接進(jìn)行電解水制氫也是一種良策，這樣便形成了太陽(yáng)能/風(fēng)能——電能——氫能——電能的轉(zhuǎn)化路徑，全程無(wú)污染，還能充分利用太陽(yáng)能和風(fēng)能。
 
　　至于氫氣的儲(chǔ)存運(yùn)輸，目前的碳纖維+凱夫拉復(fù)合材質(zhì)的儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣壓力可達(dá)70MPa，針對(duì)整車(chē)儲(chǔ)氫，豐田Mirai之父田中義和設(shè)計(jì)的特殊泄壓閥以及考慮碰撞保護(hù)的車(chē)身設(shè)計(jì)，大大提升了車(chē)身儲(chǔ)氫的安全性。
 
　　而“加氫難”的問(wèn)題也將隨著加氫站的布局得到解決。智通財(cái)經(jīng)了解到，由于日本在氫燃料電池汽車(chē)方面走在前列，加氫站的布局也較密集。而國(guó)內(nèi)的加氫站也在漸漸增加，東莞2016年就啟動(dòng)了百億氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，今年8月份佛山市8座加氫站項(xiàng)目聯(lián)合動(dòng)工。
 
　　由于技術(shù)的進(jìn)步，目前燃料電池的鉑負(fù)載量已經(jīng)大大降低。據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)每千瓦的鉑用量大概0.3g，而國(guó)際先進(jìn)水平可達(dá)0.06g以下。豐田Mirai使用經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化的鉑-鈷-碳復(fù)合材料，單車(chē)鉑用量降低到了20g，且具備相當(dāng)程度的可回收性。而質(zhì)子交換膜的性能也隨著優(yōu)化逐漸提升，氣體擴(kuò)散層可對(duì)電池進(jìn)行有效水管理解決水淹問(wèn)題。
 
　　所以，存在的各種問(wèn)題已經(jīng)在解決或改進(jìn)中，眼前可能呈現(xiàn)的機(jī)遇越來(lái)越多。
 
　　在新能源電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)貼退坡背景下，國(guó)家對(duì)燃料電池的補(bǔ)貼不降反升。長(zhǎng)城汽車(chē)在去年底就宣布進(jìn)軍氫燃料電池車(chē)，計(jì)劃2022年推首款車(chē)型。濰柴動(dòng)力董事長(zhǎng)譚旭光7月底公開(kāi)表示，將以濟(jì)南為主，推動(dòng)2000輛城市公交車(chē)的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的落地。
 
　　比亞迪表示，不僅已經(jīng)開(kāi)始了氫燃料電池的研發(fā)，對(duì)于其它前沿電池技術(shù)也有研究，并會(huì)根據(jù)未來(lái)技術(shù)和市場(chǎng)因素做及時(shí)的調(diào)整和布局。
 
　　智通財(cái)經(jīng)認(rèn)為，要正視眼前的局勢(shì)，雖然這是“鉛酸當(dāng)頭，鋰電正興”的時(shí)代，但兩者存在的問(wèn)題卻不容忽視。氫燃料電池作為新能源的一員，在理論技術(shù)上是一大突破。即便還不成熟，但堅(jiān)定信心提前布局，也許你就是第一個(gè)吃到螃蟹的人。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 氫燃料電池 新能源汽車(chē)
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