鋰電池燃料電池甲醇制氫：新能源汽車“不認(rèn)輸”

時(shí)間:2019-12-22 22:44來源:騰訊汽車 作者:騰訊汽車
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十二月以來，北京最低氣溫基本徘徊在0度以下。于是我們聽到新能源汽車車主和出租車司機(jī)的抱怨又逐漸多了起來。續(xù)航，低溫，充電時(shí)間，一年一度的“新能源吐槽大會(huì)”似乎并沒有隨著技術(shù)的逐年進(jìn)步而退散。
 
但是，針對(duì)這些新能源汽車的“原罪”，國內(nèi)外車企也從來都沒放棄過。除了在鋰電池基礎(chǔ)上方案頻出——如提高能量密度，加大電池包，優(yōu)化熱管理，熱泵空調(diào)，增程器以及汽油/柴油供暖系統(tǒng)等——新的技術(shù)路線也不斷被發(fā)掘和改進(jìn)。
 
繼氫燃料電池汽車因自身優(yōu)勢(shì)熱度再起之后，國內(nèi)以吉利和愛馳為代表的甲醇燃料、甲醇重整制氫技術(shù)也在最近進(jìn)入人們的視線。
 
而隨著各種技術(shù)路線的綜合運(yùn)用，“不服輸”的新能源汽車正在伴隨著人們的詬病悄然突破自我。
 
過去幾年里，新能源市場開疆拓土的主力軍是鋰電池純電汽車，憑借環(huán)保經(jīng)濟(jì)動(dòng)力政策等方面的優(yōu)勢(shì)，純電汽車的銷量一路上揚(yáng)，而在特斯拉和國內(nèi)造車新勢(shì)力之后，傳統(tǒng)汽車廠商也紛紛攜自家的產(chǎn)品甚至子品牌加入這一戰(zhàn)場。
 
然而和其優(yōu)勢(shì)一樣，鋰電池的明顯劣勢(shì)也在技術(shù)的探索式發(fā)展和市場的積累中逐漸為廣大用戶所知。再加上這股熱潮之中也混雜了不少利用政策漏洞騙補(bǔ)的企業(yè)，其粗劣的產(chǎn)品也使鋰電池在續(xù)航短、充電時(shí)間長、不耐低溫、高速表現(xiàn)差等通病進(jìn)一步放大。
 
為了彌補(bǔ)這些短板，廠商的手段不可謂不多：提高電池能量密度的同時(shí)增大電池包，續(xù)航600km+的產(chǎn)品不斷問世；速度越來越快、數(shù)量越來越多的超級(jí)充電樁持續(xù)鋪設(shè)，20-30分鐘即可支持?jǐn)?shù)百公里續(xù)航；進(jìn)一步優(yōu)化電池的熱管理系統(tǒng)，增加液冷裝置使電池可以在恒溫環(huán)境下工作；還是有里程焦慮？試試換電和增程器。
 
然而無論怎么“折騰”，鋰電池技術(shù)上的天花板決定了這幾朵烏云始終會(huì)盤旋在新能源的頭頂。因此，氫燃料電池——這一并不算新的新技術(shù)（很早就開始運(yùn)用在商用車輛上）開始從鋰電池的劣勢(shì)上發(fā)力。
 
氫燃料電池汽車(Hydrogen Fuel cell vehicle-FCEV)的靈魂部分在于燃料電池，它相當(dāng)于一個(gè)小型發(fā)電機(jī)，車輛攜帶的氫與空氣中的氧在其中依靠化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力推動(dòng)電機(jī)。基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。雖然中文稱為“燃料電池”，但并不是氫氣和氧氣混在一起燃燒。
 
儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存氫氣，燃料電池發(fā)電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子。這便是氫燃料電池汽車的基本模式。
 
一般來說，氫燃料電池汽車加滿氫氣所需時(shí)間為3-5分鐘，續(xù)航也可輕松達(dá)到燃油車的水平，氫與氧反映的排放物只有水，非常環(huán)保。此外，在高原和低溫環(huán)境下也基本不受影響。
 
近年來市場上也不斷有更加成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。韓國現(xiàn)代的氫燃料電池汽車NEXO，加一次氫氣可實(shí)現(xiàn)700-800km的續(xù)航；今年東京國際車展亮相的第二代豐田Mirai，除了外形更加炫酷，各項(xiàng)參數(shù)也有了很大的提升。而11月底，博世（中國）還在江蘇無錫設(shè)立氫燃料電池中心，主要用于研發(fā)、試制氫燃料電池動(dòng)力總成相關(guān)產(chǎn)品。
 
看上去簡直像是鋰電池的救星，然而事情并沒有那么美好。制氫成本高，運(yùn)輸、儲(chǔ)存難度大，配套基礎(chǔ)設(shè)施極度不完善，加氫流程過于復(fù)雜，而氫燃料電池的特性也決定了它更適合重型車長途運(yùn)輸?shù)氖褂脠鼍埃矣枚掏境鲂袃?yōu)勢(shì)并不明顯。因此短期內(nèi)想用它取代鋰電池是不可能的。
 
各種技術(shù)路線之間優(yōu)劣互補(bǔ)環(huán)環(huán)相扣，似乎是一種偶然中的必然。甲醇制氫又來“解救”氫燃料電池了。
 
甲醇重整制氫方案在原理上與氫燃料電池?zé)o異，只是在其基礎(chǔ)上加入一套甲醇制氫系統(tǒng)，這樣一來車輛便不需要加注氫氣而是加注甲醇，再用甲醇直接在車上產(chǎn)生氫氣提供給燃料電池，從而省去了氫氣的集中制取和運(yùn)輸環(huán)節(jié)。
 
這種改進(jìn)既保留了氫燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)，也彌補(bǔ)了它們的缺點(diǎn)。
 
首先是續(xù)航和補(bǔ)能時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)得以保留。數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)燃油車油箱同等容積甲醇箱（如60L）基本能夠?qū)崿F(xiàn)燃油車同等續(xù)航里程，而甲醇燃料的加注過程也只有幾分鐘。
 
其次在來源和環(huán)保方面更具優(yōu)勢(shì)。甲醇屬于單碳燃料，形成的污染物中氮氧化物較少，且一般不會(huì)聚合成顆粒物。而甲醇的原料來源也更加多樣化，劣質(zhì)煤炭、焦?fàn)t氣、天然氣、生物質(zhì)能等皆可，不依賴于石油，且由于多年來的工業(yè)化運(yùn)用，生產(chǎn)技術(shù)成熟。
 
第三，甲醇在-97.8℃和64.5℃之間都是液態(tài)，易燃不易爆且溶于水，存儲(chǔ)運(yùn)輸比汽油和氫氣都要安全。
 
第四，由于甲醇和汽油性質(zhì)類似，因此理論上只需對(duì)加油站稍加改造即可用來加注甲醇，無需單獨(dú)建站，比動(dòng)輒千萬成本的加氫站更容易普及。
 
和其他新能源的發(fā)展一樣，這也是一條既要依靠技術(shù)發(fā)展又要依靠政策扶持的路線。首先在技術(shù)上，甲醇重整制氫雖然邏輯上非常完整，但實(shí)現(xiàn)起來需要客服諸多難點(diǎn)，對(duì)車輛本結(jié)構(gòu)及成本控制是一個(gè)考驗(yàn)，而甲醇產(chǎn)生氫氣再產(chǎn)生電能再驅(qū)動(dòng)車輛經(jīng)過了數(shù)次能量轉(zhuǎn)化，如何保證能效也很重要。
 
此外，我國地理?xiàng)l件復(fù)雜，能源分布不均，如若普及開來，能源的運(yùn)輸、以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也會(huì)是一筆不小的投入，需要政策的協(xié)調(diào)支持。
 
目前普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為，還沒有哪種新能源的路線能夠“一統(tǒng)天下”，依據(jù)不同場景、不同需求進(jìn)行多方配合將是未來的方向。無論怎樣，能源的革命已然到來并將繼續(xù)發(fā)展，它為我們帶來更加多樣、便捷、舒適的出行生活同時(shí)，也將助力整體環(huán)境的改善。
 
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