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UC头条:固态电池和氢燃料电池 谁才是新能源汽车主流?

时间:2022-05-12 17:16:40

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UC头条:固态电池和氢燃料电池  谁才是新能源汽车主流?

历史背景

随着新能源汽车对续航里程的要求越来越高三元锂电池已经无法满足车企的需求,于是很多车企另辟蹊径开始研究固态电池以及氢燃料电池。但是从目前来看,这两种电池都正处于研发状态,虽然有些车型已经配备了固态电池以及氢燃料电池,但是离全面应用还有一定的差距。当前,固态锂电池和氢燃料电池两大技术已成为新能源汽车产业发展的重要技术路线。二者争锋,各有利弊,我国新能源汽车布局该何去何从?

电池形态展示

固态电池

氢燃料电池

固态电池分析:锂电池产业基础雄厚,但固态电池技术有待升级

固态锂电池技术是目前车用动力电池取得能量密度突破的重要方向。固态电池具备离子电导率高、机械强度高以及能量密度高等优势,受益于国内锂电池领域原有的技术积累和产业资源,可实现批量化生产且成本较低。固态电池在安全性与能量密度方面具备很大潜力,但是还需开展大量的研究工作改善电极/电解质界面、固体电解质加工以及化学稳定性等问题,弥补其低温条件下续驶里程锐减、充电困难、温控系统能效高等缺陷。

目前商用的锂离子电池,主要问题在于使用液态/胶状电解质,电化学窗口有限,难以兼容金属锂负极和新研发的高电势正极材料,从而使能量密度上升存在瓶颈。而在安全层面,这样的架构还会造成短路引燃、离子浓度差增大电池内阻、电极材料持续消耗等问题。

同时固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题、无需隔膜隔开正负极、阻止锂枝晶的生长,从根本上避免了电池的短路现象,能够应用更多的负极材料,正因为它具有高的离子电导率和机械强度、宽的电化学稳定窗口和工作温度区间,能够实现高能量密度、高功率密度和高安全。

这样看来,固态电池是不是就完美了呢?事实上远非如此。目前具有潜力的固态电解质材料可以分为聚合物、硫化物和氧化物,然而不同的材质与不同的排列组合化学性能差异很大,有的充电速度快,有的能量密度高,各有所长又各有所短,很难做到一种材料解决所有的问题。

氢燃料电池分析:性能优势明显,但核心技术缺失、配套建设不足

氢燃料电池作为另一个发展分支同样深受业界推崇。氢燃料电池具有重量轻、寿命长、能量密度高、补给时间短、续航里程更长以及不受环境影响等特点。但其关键部件质子交换膜、催化剂、双极板等核心技术长期被国外垄断,严重制约产业发展,而且国内尚未形成制氢、储氢、加氢充分配套的氢能生态链,氢能基础设施建设不足,短期内难以大范围推广。

理论上来说,氢拥有比电和油高得多的能量密度,当然这是指利用氢气发电而非直接燃烧氢气。而且一次加氢只需要几分钟,续驶里程达到500-700km,在使用过程中只排放水,没有其它任何废气,是完全的零排放。

然而看起来无比美好的燃料电池汽车要真正大规模商业化普及,有三个关键问题需要解决:燃料电池的寿命、燃料电池的成本、氢气的成本。概括起来就是要有一套能够使产业链上各个环节都能够实现盈利的商业模式。

另一方面,燃料电池系统中如双极板、空气压缩机、直流升压元件等若干关键零部件,国内研发生产企业均较少,很大程度上都要依赖于进口,也是国产燃料电池汽车成本居高不下的原因。

目前,国内投入运营的加氢站只有6个。根据国家“十三五”规划,到中国要建成100座加氢站,然而这只是德国和日本目前的水平。而且加氢站的建设成本超过千万,达到充电站的近10倍,且中间环节的繁杂让加氢站的建设难度与周期要远超过充电站。

综合分析

1、目前固态电池可能要比氢燃料电池更早的被推广运用,固态锂电池技术相对成熟,有一定商业化基础;而氢燃料电池在长途、重载方面有望率先取代燃油车。

2、固态锂电池属于液态锂电体系升级版本,未来在新能源汽车领域有大规模应用可能性;氢燃料电池已经在新能源汽车领域有一定应用,大多数新能源锂电池厂商也主推氢燃料电池。

3、根据汽车种类及用途的不同,两种技术也各有所长。家用乘用车、公交车数量庞大,行程较短,更适合装载高能量密度、小体积的固态锂电池。而且相比氢燃料电池,固态锂电池技术相对成熟,具备一定商业化基础,可满足乘用车及公交车的高需求量。商用车、物流车以及重型卡车需要充足的乘用空间和长续航能力,装载固态锂电池会占用空间并增加负重,而氢燃料电池本身质轻,燃料借助外循环进入车体提供动力,在长途、重载方面实为取代燃油动力的首选。

4、从现阶段技术成熟度来看,氢燃料电池技术更为成熟,在资本热捧下,进入了快速发展阶段。而固态锂电池技术瓶颈目前还没有得到较好的解决,该领域的投资有一定有升温,但未来一段时间发展速度仍然不及氢燃料电池。

5、从二者技术特性来看,固态锂电池在能源效率、安全性、基础配套等方面更胜一筹,而氢燃料电池在续航、技术成熟度方面更胜一筹。

6、从基础技术层面来看,固态锂电池、氢燃料电池均需要在关键基础材料方面进行重大创新,而基础材料的创新是难度极大,相关材料的开发时间周期很长。因此,固态锂电池和氢燃料电池在基础技术层面属于同等级难度。

我的意见:

新能源一定是未来的趋势,但谁能成为主流,那就要看市场的需求哪个更大,谁就可能成为主流。

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