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目前,推進(jìn)新能源發(fā)展已成為全球的共同目標(biāo),作為碳排放大戶的汽車產(chǎn)業(yè)也面臨著變革,我國(guó)具有較大的電動(dòng)汽車市場(chǎng),在鋰電池產(chǎn)業(yè)占據(jù)重要地位,隨著科技發(fā)展以及相關(guān)政策的調(diào)整,氫燃料電池也成為了電動(dòng)汽車電池的重要方向。那么鋰電池與氫能源有什么區(qū)別?誰(shuí)會(huì)成為未來(lái)新能源汽車的主流呢?接下來(lái)小編就剝絲抽繭地和大家好好分析一下。
一、工作原理的差異
聚合物鋰(鈉)電池和氫燃料電池的充放電過(guò)程均屬于化學(xué)反應(yīng),本質(zhì)是正電子(質(zhì)子)的遷移、實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。其中鋰(鈉)電池充電過(guò)程鋰(鈉)離子在從正極脫出、嵌入負(fù)極,放電過(guò)程鋰(鈉)離子從從負(fù)極脫出、嵌入正極。由于氫氣和氧氣通常為氣態(tài),因此氫燃料電池的充電和放電通常在兩套裝置中進(jìn)行,且氫氣的壓力和溫度變化較大、對(duì)裝備的性能和精度要求較高,短期內(nèi)可通過(guò)甲烷和液氨等過(guò)渡產(chǎn)品解決儲(chǔ)運(yùn)難題。
二、兩種電池技術(shù)的特性
燃料電池的安全隱患:氫氣的泄露與控制,是燃料電池系統(tǒng)安全隱患的主要來(lái)源,屬于物理層面,而鋰離子電池的安全隱患則主要來(lái)自于不易控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),屬于化學(xué)層面。
低溫下電解液的粘度增大、電導(dǎo)率下降,會(huì)導(dǎo)致電池極化內(nèi)阻急劇增加,廠商通常不推薦零度以下放電,因此鋰電池需要外部提供供熱來(lái)解決低溫問(wèn)題。氫燃料電池低溫起步性能差,但隨著啟動(dòng)后自身放熱的增加,電堆的溫度會(huì)很快穩(wěn)定在80-90℃的正常工作溫度范圍,但關(guān)于燃料電池如何不使用外輔電進(jìn)行低溫啟動(dòng)是一個(gè)重要的研究課題。
氫氣的來(lái)源、存儲(chǔ)以及安全使用等條件的十分嚴(yán)苛,導(dǎo)致氫燃料電池的成本居高不下;相對(duì)而言,鋰電池的成本低,并且已經(jīng)規(guī)模化生產(chǎn),成本可能會(huì)突破1000元/kwh。
冗長(zhǎng)的充電時(shí)間是鋰離子電池的痛點(diǎn),一般充電模式下需要耗費(fèi)30分鐘到3個(gè)小時(shí)才能充滿。而氫燃料電池就快捷了許多,直接加氫只需3到20分鐘。
傳統(tǒng)的鋰離子電池在續(xù)航能力上很難突破500km,相比之下能量密度高且重量更輕的燃料電池,在續(xù)航里程上就能夠達(dá)到更遠(yuǎn)。
氫燃料電池汽車可以通過(guò)整車綜合熱管理,夏天的時(shí)候需消耗電量來(lái)給空調(diào)供電,而在冬天的時(shí)候只需用廢熱給乘客艙保溫和采暖,因此從理論上講,冬天的里程應(yīng)該比夏天還長(zhǎng)。這一點(diǎn)鋰離子電池較難做到,鋰離子電池不管是PTC加熱還是空調(diào)加熱,都要消耗電量。
三、能源利用效率與能量密度
鋰電池將電能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)力的過(guò)程非常短,充電-放電,效率高。而氫還需要通過(guò)電轉(zhuǎn)化而來(lái),因此氫作為二次能源,能量利用效率是較低的。
從質(zhì)量能量密度上來(lái)看,鋰電池能量密度為90到140Wh/kg,三元鋰電池理論能量密度是300到350Wh/kg。氫燃料電池作為一種發(fā)電裝置,能量密度遠(yuǎn)高于鋰離子電池,目前能達(dá)到600Wh/kg,理論上限是1到2萬(wàn)Wh/kg,提升空間大。但氫燃料電池受制于氫氣的來(lái)源,目前要獲得氫氣通常需要電解,消耗能量比較大、成本高,并且氫燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度較慢。
鋰電池和氫燃料電池作為有望替代石油車的兩種主流電池技術(shù),二者各有優(yōu)勢(shì),也都有較大的進(jìn)步空間。關(guān)于未來(lái)哪種電池會(huì)成為EV主流這個(gè)問(wèn)題,一千個(gè)人眼中有一千個(gè)哈姆雷特,從不同角度和側(cè)重點(diǎn)來(lái)分析答案都會(huì)有所不同,后續(xù)還要看兩種電池技術(shù)各自的發(fā)展革新。