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鋰電池燃料電池甲醇制氫:新能源汽車“不認輸”
來源:    發布時間: 2019-12-30 01:26   489 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px

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的抱怨又逐漸多了起來。續航,低溫,充電時間,一年一度的“新能源吐槽大會”似乎并沒有隨著技術的逐年進步而退散。

但是,針對這些新能源汽車的“原罪”,國內外車企也從來都沒放棄過。除了在鋰電池基礎上方案頻出——如提高能量密度,加大電池包,優化熱管理,熱泵空調,增程器以及汽油/柴油供暖系統等——新的技術路線也不斷被發掘和改進。

繼氫燃料電池汽車因自身優勢熱度再起之后,國內以吉利和愛馳為代表的甲醇燃料、甲醇重整制氫技術也在最近進入人們的視線。

而隨著各種技術路線的綜合運用,“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。

鋰電池的攻防戰

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,憑借環保經濟動力政策等方面的優勢,純電汽車的銷量一路上揚,而在特斯拉和國內造車新勢力之后,傳統汽車廠商也紛紛攜自家的產品甚至子品牌加入這一戰場。

然而和其優勢一樣,鋰電池的明顯劣勢也在技術的探索式發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的企業,其粗劣的產品也使鋰電池在續航短、充電時間長、不耐低溫、高速表現差等通病進一步放大。

為了彌補這些短板,廠商的手段不可謂不多:提高電池能量密度的同時增大電池包,續航600km+的產品不斷問世;速度越來越快、數量越來越多的超級充電樁持續鋪設,20-30分鐘即可支持數百公里續航;進一步優化電池的熱管理系統,增加液冷裝置使電池可以在恒溫環境下工作;還是有里程焦慮?試試換電和增程器。

然而無論怎么“折騰”,鋰電池技術上的天花板決定了這幾朵烏云始終會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(很早就開始運用在商用車輛上)開始從鋰電池的劣勢上發力。

作為補充的氫燃料電池

氫燃料電池汽車(Hydrogen Fuel cell vehicle-FCEV)的靈魂部分在于燃料電池,它相當于一個小型發電機,車輛攜帶的氫與空氣中的氧在其中依靠化學反應產生電力推動電機?;驹硎请娊馑哪娣磻?,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應后,放出電子通過外部的負載到達陰極。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。

儲氫罐儲存氫氣,燃料電池發電,電機驅動輪子。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間為3-5分鐘,續航也可輕松達到燃油車的水平,氫與氧反映的排放物只有水,非常環保。此外,在高原和低溫環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品出現。韓國現代的氫燃料電池汽車NEXO,加一次氫氣可實現700-800km的續航;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,各項參數也有了很大的提升。而11月底,博世(中國)還在江蘇無錫設立氫燃料電池中心,主要用于研發、試制氫燃料電池動力總成相關產品。

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,運輸、儲存難度大,配套基礎設施極度不完善,加氫流程過于復雜,而氫燃料電池的特性也決定了它更適合重型車長途運輸的使用場景,家用短途出行優勢并不明顯。因此短期內想用它取代鋰電池是不可能的。

甲醇,另一種選擇

各種技術路線之間優劣互補環環相扣,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無異,只是在其基礎上加入一套甲醇制氫系統,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生氫氣提供給燃料電池,從而省去了氫氣的集中制取和運輸環節。

這種改進既保留了氫燃料電池汽車的優點,也彌補了它們的缺點。

首先是續航和補能時間上的優勢得以保留。數據顯示,與傳統燃油車油箱同等容積甲醇箱(如60L)基本能夠實現燃油車同等續航里程,而甲醇燃料的加注過程也只有幾分鐘。

其次在來源和環保方面更具優勢。甲醇屬于單碳燃料,形成的污染物中氮氧化物較少,且一般不會聚合成顆粒物。而甲醇的原料來源也更加多樣化,劣質煤炭、焦爐氣、天然氣、生物質能等皆可,不依賴于石油,且由于多年來的工業化運用,生產技術成熟。

第三,甲醇在-97.8℃和64.5℃之間都是液態,易燃不易爆且溶于水,存儲運輸比汽油和氫氣都要安全。

第四,由于甲醇和汽油性質類似,因此理論上只需對加油站稍加改造即可用來加注甲醇,無需單獨建站,比動輒千萬成本的加氫站更容易普及。

和其他新能源的發展一樣,這也是一條既要依靠技術發展又要依靠政策扶持的路線。首先在技術上,甲醇重整制氫雖然邏輯上非常完整,但實現起來需要客服諸多難點,對車輛本結構及成本控制是一個考驗,而甲醇產生氫氣再產生電能再驅動車輛經過了數次能量轉化,如何保證能效也很重要。

此外,我國地理條件復雜,能源分布不均,如若普及開來,能源的運輸、以及基礎設施建設也會是一筆不小的投入,需要政策的協調支持。

目前普遍的觀點認為,還沒有哪種新能源的路線能夠“一統天下”,依據不同場景、不同需求進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發展,它為我們帶來更加多樣、便捷、舒適的出行生活同時,也將助力整體環境的改善。