大会之后:氢能与燃料电池汽车的发展空间

车市资讯腾讯汽车2019-10-09 09:29

国庆节前,2019年的国际氢能与燃料电池汽车大会在江苏如皋落下帷幕——很多人都不知道,这个大会已经是第四届了。

大会之后:氢能与燃料电池汽车的发展空间

同往届一样,除了为参展商提供展示技术实力的平台,大会还向公众做了一次氢能与燃料电池汽车的科普:氢能的发展历史并不短,然而限于其发展路线(目前仍以商用为主),与普通消费者的直接接触并不多。然而随着在新能源汽车的蓬勃发展,无论政策层面还是汽车厂家、供应商都对氢燃料电池这一技术路线愈发重视,未来这种汽车将会以何种形式走进人们的出行生活呢?

大会之后:氢能与燃料电池汽车的发展空间

原理:又有燃料又有电池?

圆滚滚的储氢罐很容易让人联想到国内诸多城市加天然气的出租车。但本质上讲,氢燃料电池汽车(Hydrogen Fuel cell vehicle-FCEV)是电动车的一种——驱动轮子的不是内燃机而是电动机,在这一点上,燃料电池汽车与锂电池汽车是一样的。

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因此,氢燃料电池车的灵魂部分在于燃料电池,它相当于一个小型发电机,车辆携带的氢与空气中的氧在其中依靠化学反应产生电力推动电机。基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。虽然中文称为“燃料电池”,但并不是氢气和氧气混在一起燃烧。

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储氢罐储存氢气,燃料电池发电,电机驱动轮子。这便是氢燃料电池汽车的基本模式。

当然,现在很多氢燃料电池汽车也会搭配高压锂电池一起提供动力,其模式与现有的混动或增程式电动车类似,以应对某些特殊使用场景,提升车辆性能。

例如本次参展的现代氢燃料电池车NEXO,其燃料电池作为动力的主要部分,位于车辆后方的1.6kWh的高压锂电池则主要负责燃料电池的启动、车辆起步、其他零部件的供电,以及适时介入动力系统与燃料电池一起提供更强的动力。

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在燃料电池汽车的研发经验上,日本和韩国都有着不错的积累。政府和企业都足够重视,丰田的第一代氢燃料电池车型Mirai自2014年底上市以来,销量已超过1万(对氢燃料电池汽车来说已经是非常不错的成绩了),而丰田也计划在2020年推出Mirai第二代车型。而韩国总统文在寅(Moon Jae-in)更是将氢能称为国家 “未来的面包和黄油”,并规划了具体的发展路线图。

优势与不足

作为新能源汽车的一支异军,氢燃料电池汽车号称新能源汽车的“终极解决方案”,除了其在排放方面的优势(发电过程只生成水,没有任何其他排放),锂电池的主要不足在氢燃料电池这里似乎都不再是问题。

首先是续航。随着技术的不断发展,储氢罐的安全性和体积都得到了优化,这也为其从商用车向乘用车发展提供了可能。例如NEXO配备了三个同型号的储氢罐,国际标准70Mpa压力下可装2公斤左右的氢气,官方测试结果显示加满氢气状态下NEDC续航可达866公里。摆脱了电池重量和体积的包袱,氢燃料电池汽车将来提升续航能力的难度也要远小于锂电池汽车。

此外,氢燃料电池车在整车重量的控制上也更占优势,从另一个角度优化了续航能力。

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其次是补能时间。一般来说,氢燃料电池汽车加满氢气所需时间为3-5分钟,远低于锂电池汽车充电时间。不可否认目前加氢环节以及加氢站数量还有待发展,但没有太多技术上的难度和冲突。

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第三,极端条件下的使用及损耗。低温是锂电池的一大杀手,而氢燃料电池的续航能力则不会受温度影响。另外,在一些高原地区,氢燃料电池汽车也可以在空气压缩机的调整下正常行驶,对地域有着极强的适应性。而电量衰减问题同样不存在,其氢燃料电池系统的耐用性可达16万公里/10年。

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第四,得益于特殊的能量转换性质(直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能的中间变换),燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是锂电池和传统汽油、柴油都无法比拟的。

正如其显而易见的优势,氢燃料电池车的劣势也很明显,主要集中在车辆制造成本、氢气制造及运输、配套设施建设、政策跟进等方面。而这些明显的优势和劣势也决定了氢燃料电池车目前非常对使用场景非常挑剔。最适合、最先普及的可能仍是中重型、远距离交通运输或固定路线等场景。

例如在韩国和日本,氢燃料电池大巴都曾作为冬奥会等大型活动的穿梭车亮相。

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由于贵金属催化剂的使用和不成规模,燃料电池造价也一直居高不下。氢气的制造和运输更是需要考虑成本、节能、政策、模式等多方面的因素。无论技术突破还是整个产业的发展都非短期内能完成的。

普及路漫漫

本届大会围绕氢能及燃料电池技术市场化应用、燃料电池堆和关键零部件、制储氢技术、加氢基础设施建设、政策标准法规、市场投资等热点话题展开交流。而这些热点也正对应了氢燃料电池汽车普及发展的诸多难点。

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目前来看,政策是支持的。《中国氢能产业基础设施蓝皮书》中提到,2030年国内将建成加氢站1000座,氢燃料电池车达到100万辆。而2019年的《政府工作报告》中也首次写入氢能源,要求推动充电、加氢等基础设施建设。然而无论国内市场还是国外市场,氢能的发展都面临“冷启动”的问题,在形成规模效应之前,巨大的投入和风险由谁来承担?或者说谁有能力承担?在某些场景下若有效果类似的替代方案(如锂电池汽车),那么是否还有必要投入巨大的资金来建设这一体系?

因此,在未来很长时间内,氢燃料电池技术与其他技术路线,并不会是你死我活的竞争关系,各自的优势和不足决定了它们将长期处于共存互补的状态。而且多样化的发展也许就孕育着更加完善的解决方案。

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虽然总讲鱼与熊掌不可兼得,但用户所期盼的永远是熊掌与鱼皆在我手。氢燃料电池汽车会发展成一条长着熊掌的鱼吗?恐怕需要相当一段时间才能有答案了。

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