为何说燃料动力电池比锂离子电池更加有前途

近几十年尽管各国都在大力推行电动汽车，但其占比依然很低，尚不足1%，核心就在于过往的电动汽车都违反了能量密度提升这个动力变革的主线逻辑。哪怕是最新一代的锂离子电池车，其能量密度极值也只要汽油的1/40，行业天然迟迟无法呈现10倍速的改善。但燃料动力电池的呈现却彻底改变了这一现状。其以氢气为质料，根底能量密度是汽油的3倍，电动机的做功功率还是内燃机的2倍，实践密度是汽油的6倍，优势明显。并且从人类曩昔百年的动力进化史看，其本质上便是碳氢比的调整史，氢含量越高，能量密度越高，未来从碳动力转向氢动力是大势所趋，因而选用氢动力的燃料动力电池无疑更能代表前史开展的方向，最有望成为下一代的根底动力。

氢燃料动力电池为何比<atarget=_blankhref='http://www.dghoppt.cn/'>锂离子电池</a>更加有出路，听我说……

机动车功能首要为续航才能、充电/充氢时刻、输出功率和安全性等。燃料动力电池能量密度远高于锂离子电池，相应电池容量，快充才能和续航路程就具备了天然的优势，即便是和锂离子电池的顶端豪车Tesla比较也是大幅领先。但其功率密度不高，最大输出功率取决于辅佐的动力锂电池系统，相应最高时速和百公里加速目标和锂离子电池相差不大。为了便于比较，咱们下文选取现在干流的2L排气量汽油车，对应45度锂离子电池车和输出功率100KW燃料动力电池车作为分析基准。

能量密度比较

锂离子电池作为蓄电池的一种，是个关闭系统，电池仅仅能量的载体，必须提早充电才能运转，其能量密度取决于电极资料的能量密度。因为现在负极资料的能量密度远大于正极，所以进步能量密度就要不断晋级正极资料，如从铅酸、到镍系、再到锂离子电池。但锂现已是原子量最小的金属元素，比锂离子更好的正极资料理论上就只要纯锂电极，但能量密度其实也只要汽油的1/4，并且商业化的技术难度极大，几十年内都无望突破。因而锂离子电池能量密度提升受制于理论瓶颈，空间十分有限，最多也便是从现在的160Wh/KG进步至300Wh/KG，即便达到也只要燃料动力电池的1/120，可谓输在起跑线上。

体积能量密度比较

燃料动力电池的质料氢气首要缺点便是体积能量密度不高，现在底子上是选用加压来解决这个问题。依照现行的700个大气压的加压模式，其体积能量密度是汽油1/3。同样跑300公里，燃料动力电池储氢罐体积为100L，分量为30KG，对应汽油车油箱为30L，但电动机体积比内燃机小80L，总体积相差不大。锂离子电池车分为三元和磷酸铁锂两种干流技术道路，代表公司为Tesla和比亚迪。三元能量密度更高，但安全性差，需求辅佐的安全维护设备，跑300公里所需的两种电池体积别离为140L和220L，分量为0.4吨和0.6吨，都远高于燃料动力电池。展望未来假如储氢合金和低温液态储氢技术能够突破，燃料动力电池体积能量密度将别离添加1.5倍和2倍，优势会更为明显。

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功率密度比较

燃料动力电池本质上能够理解为以氢气为质料的化学发电系统，因而输出功率比较稳定，为了最大进步放电功率必须附加动力锂电池系统，如丰田Mirai便是配套镍氢电池。但作为一个敞开的动力系统，其能量来自于外部输入，附加的镍氢电池不需求考虑储能的问题，只要5-8度就能满意需求，对电池寿数的要求也不高，在真实工况下的运用束缚很少。锂离子电池尽管理论放电功率很高，但为了不损伤电池寿数，运用束缚很多。在充满电的情况下不能大倍率放电，快速放电只适用0-80%这个区间。即便如此，以5C倍率放电，实验室中的电池循环寿数也会缩短到只要600次，真实工况下会进一步降至400次，如Telsa即便最大功率可达310KW，但实践放电倍率也只要4C。并且锂离子电池作为能量密度不高的关闭储能系统，高功率放电和高续航路程底子很难兼容，除非大幅提升电池分量。即便Tesla选用了现在能量密度最好的三元电池，其电池组件分量都挨近半吨。

安全性比较

除了上述目标，安全性有关机动车来说无疑也十分要害。锂离子电池作为关闭的能量系统，从原理上高能量密度和安全性就很难兼容，不然就等同于炸弹。因而现在干流工艺道路中，能量密度低的磷酸铁锂安全性却较好，电池温度达到500-600度时才开端分化，底子不需求太多的维护辅佐设备。Telsa选用的三元电池能量密度虽高，但不耐高温，250-350度就会分化，安全性差。其解决方法是并联了超越7000节电池，大幅降低了单个电池漏液，爆破带来的危险，即便如此也还需求结合一套杂乱的电池维护设备。并且前期发作的几次事端，尽管得益于Telsa的安全规划并没有呈现人员伤亡，但就事端自身而言，其实都是十分轻微的磕碰，车身也没有收到什么损伤，但电池却着火了，也旁边面反映了其安全性上天然的下风。

燃料动力电池因为质料氢气易燃易爆，商场遍及担心其安全性问题。但如咱们下表的数据，比较汽油蒸汽和天然气这两种常见的车用可燃气体，氢气的安全性并不差，乃至还略好。现在车用储氢装置都选用碳纤维资料，在80KM/h速度多角度磕碰测验中都能够做到毫发无损。即便车祸导致走漏，因为氢气爆破要求浓度高，在爆破前一般就现已开端焚烧，反而很难爆破。并且氢气分量轻，溢出系统的氢气着火后会敏捷向上升起，反而一定程度上维护了车身和乘客。而汽油为液态，锂离子电池为固态，很难在大气中上升，焚烧都在车舱底部，整车会敏捷着火报废。氢气储运环节其实和LNG十分类似，仅仅所需压力更大，跟着商业化推进，其全体安全性也还是可控的。

电池车的本钱首要分为整车本钱、质料本钱、配套本钱。现在对燃料动力电池诟病最多便是本钱太高，但用开展的眼光看，跟着技术进步和商业化程度进步，其本钱下降的空间很大。而锂离子电池假如考虑到电网端扩容的本钱，其实归纳配套本钱还高于燃料动力电池，详细测算如下：

整车本钱比较

锂离子电池、燃料动力电池和传统汽油车，整车本钱的差异首要体现在发动机本钱，其他组件差异不大。2L汽油车发动机本钱在3万元左右，未来也很难有太大的变化。现有锂离子电池的度电本钱为1200元/kWh，未来有望降至1000元/kWh，45度电动汽车，电池本钱为4.5万元。燃料动力电池本钱首要是电池组和高压储氢罐，现在100kw电池组本钱为10万元，预测年产50万台后，单位本钱将降至30美元/KW，即2万元。现有储氢罐本钱为6万元，未来有望降至3.5万元，总本钱为5.5万元。长时间看三种动力系统的本钱相差不大，可见整车本钱并不是核心问题。

质料本钱比较

2L汽油车百公里耗油为10升，5.8元/L的汽油售价，本钱为58元。锂离子电池车百公里耗电量为17度，0.65元/度电本钱，本钱11元。燃料动力电池百公里消耗氢气9方，制氢方法首要分为电解水或许化学反应，如煤制氢、天然气制氢等。电解水本钱首要是电，均匀5度电1方氢气，本钱约为3.8元/方，但能够在加氢站直接电解，省掉运送费用。假如选用化石动力大规模会集生产，国内本钱最低的是煤制氢气，约为1.4元/方，北美则可利用廉价的天然气，本钱在0.9元/方。假如咱们以煤制气本钱作为规范，百公里质料本钱12.6元，和锂离子电池不同不大。

配套本钱比较

加氢站、加油站、充电站本钱首要分为土地本钱、设备本钱、建造本钱，不同首要体现在设备本钱。加油站底子在300万元，充电站为430万元，加氢站以日本现在的规范估计为1500万元，全体上加氢站本钱要高1000万元左右。依照15年折旧，每年销气量1000万方，则折旧本钱为0.1元/方。小规模时氢气一般以槽罐车运送，估计运费为0.44元/方，规模扩展后则可选用管网运送，本钱会下降至0.23元/方。

尽管锂离子电池现阶段依托于现成的电网系统，配套本钱很低。但假如大规模推行，现有电网的容量冗余底子都将被耗尽，未来必需求大规模扩容。因而充电站本质上是将配套本钱外部化给了电网，因而核算其全工业链本钱时还要添加电网端的本钱。一般商业化运营的充电站至少都要达到1小时快充的规范，对应10个充电桩组成的充电站的功率都要达到600千瓦，相当于上百户家庭的用电负荷，对电网负荷的冲击极大。对应电网需求新增出资120万元来扩容负荷，但每年新增售电量只要93万度，依照0.65元/度购电本钱，电网端15年回收出资测算，则售价要在本钱根底上添加0.18元/度。

出售端本钱测算

加油站的出售网络现已十分成熟，其每小时的赢利水平能够作为加注站合理报答的测算基准。对应加氢站每方价差为0.51元，锂离子电池每度电则为4.9元。该电价情况下，锂离子电池车底子无法推行。现在国家规定充电站服务费上限为0.4元/度，但其背景是给予了大量补助。但没有任何工业能够长时间依靠补助来开展，未来假如锂离子电池的充电功率不明显提升，在加注站这个环节，公司的盈余水平会大幅低于加油站和加氢站。没有合理报答，在现在寸土寸金的大城市，出资者底子没有任何激励去推行充电站，工业天然也无法开展。但锂离子电池低能量密度过低，假如强行完成高充电功率，电池循环寿数面对的工程应战就会十分巨大。并且即便能完成3分钟快充，但对应单个充电桩的功率要高达1200千瓦，每个充电站都要配套一个110千伏变电站。其出资高达5000万元，占地5000平米，且周围300米还不能有居民楼，有关现在滨海大城市在操作层面上应战也很大。

总计本钱

归纳上述一切本钱，汽油车、锂离子电池车、现阶段和充分商业化后燃料动力电池车的百公里本钱为58、83、23和20元。因为出售价差占锂离子电池本钱比重很高，咱们考虑到充电桩设备出资是加氢站的1/3，将其小时赢利降至1.4元，归纳本钱也还有37元，燃料动力电池车长时间本钱优势依然十分明显。其实这一切的本源还在于燃料动力电池能量密度最高，同等商业化情况下，本钱天然具备优势。

新动力车开展的一个重要逻辑便是节能环保，这对我国无疑更为重要。现在我国不光空气污染严重，并且石油进口依存度高达60%，其中85%还要经过美国操控的马六甲海峡，动力安全已成为咱们国家安全的最大软肋。因而国家给予新动力车巨额补助，一个重要原因便是为了缓解对石油的进口依存度。