目前的電動(dòng)汽車都是電池車,實(shí)際上一百多年前就有雛形,后來(lái)一種發(fā)展為現(xiàn)在的鋰電池,另一種就是氫燃料電池。
由于眾所周知的原因,今天燃油車被全球各地政府“圍追堵截”,電池車被“欽定”為更適合代步的未來(lái)交通工具,于是繼上世紀(jì)初之后,電池車迎來(lái)了它的第二次爆發(fā),與此同時(shí),鋰電池和氫電池的“路線之爭(zhēng)”也喧囂塵上。
特斯拉認(rèn)為氫燃料電池技術(shù)“極其愚蠢”,認(rèn)為這條路走不通,目前主流車廠也大都不約而同邁上鋰電之路,似乎氫燃料敗局已定。但日本不這么想,已計(jì)劃成為全球第一個(gè)氫能社會(huì)——2021年3月之前,日本政府和汽車行業(yè)將共同建成160個(gè)加氫站,量產(chǎn)4萬(wàn)輛氫燃料電池車。
最終兩者誰(shuí)能獲勝?如果你也對(duì)此好奇,就一同來(lái)做個(gè)比較。
氫燃料電池有什么優(yōu)勢(shì)
很明顯,相比鋰電池,氫電池的一大優(yōu)勢(shì)是能量密度。
壓縮氫能的能量密度接近每公斤40kWh,比汽油還高數(shù)倍。鋰電池只有每公斤0.278kWh,大部分在0.167kWh,氫能的能量密度是鋰電池的239倍,所以這方面的優(yōu)勢(shì)是碾壓的。
再一個(gè)優(yōu)勢(shì)是分量輕。
同樣是500公里續(xù)航,氫電池對(duì)車重影響不大,鋰電車就很頭痛了,比亞迪唐的原型是S6.車重1.6噸,改造成鋰電車之后,電池超過(guò)200公斤,而為此還需要強(qiáng)化車身結(jié)構(gòu),這就形成一個(gè)惡性循環(huán),由于能量密度低,需要大容量鋰電池,而車重增大了,又會(huì)降低續(xù)航,于是要達(dá)到目標(biāo)續(xù)航,鋰電池容量還要更大才行,于是車重會(huì)飆升,比亞迪唐的車重最終達(dá)到了2.4噸,這顯然不利于節(jié)能。
氫電池還有一個(gè)優(yōu)勢(shì),在于用戶習(xí)慣——只需要3分鐘就可完成加氫,和燃油車很接近,而鋰電車需要長(zhǎng)很多的充電時(shí)間,這不僅違背(燃油車)用戶之前的習(xí)慣,還相對(duì)低效,會(huì)耗費(fèi)更多的時(shí)間成本。
說(shuō)完優(yōu)勢(shì),再來(lái)談氫電池的劣勢(shì)
首先,氫氣的制取非常低效。
鋰電車可以直接從電網(wǎng)取電,氫能車上路需要制氫,而制氫需要用電。
如果采用傳統(tǒng)的蒸汽重組或者電解法制氫,能量損失超過(guò)30%,雖然最新的離子膜電解法可將能效提升至80%,但鋰電池直充的效率是99%,差距明顯。
其次,氫氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸成本相當(dāng)高。
剛剛制取出來(lái)的氫氣,能量密度是非常低的,要增大密度,主要有兩種方式:一是加壓,用790倍大氣壓把氫氣壓縮到高壓罐中,過(guò)程中的能量損耗約為13%;二是液化,降溫至-253℃,氫氣會(huì)凝結(jié),過(guò)程中的能量損耗極大,約為40%。
因此常用方式是加壓,但高壓罐比液化罐重,這也會(huì)損耗一定能量。
儲(chǔ)存起來(lái)之后,需要將氫氣運(yùn)送到加氫站,方式也有兩種:一是大廠集中制氫,這樣做產(chǎn)量高,但運(yùn)輸成本也高;二是加氫站現(xiàn)場(chǎng)制取,運(yùn)費(fèi)低,但產(chǎn)量也低,生產(chǎn)成本相應(yīng)增高。而且運(yùn)氫過(guò)程中的能量損失也很大。在普及現(xiàn)場(chǎng)制氫設(shè)備之前,運(yùn)氫主要依賴卡車和管線,能量損失在10-40%之間。相比之下,電網(wǎng)傳輸損耗僅為5%。
最后,氫能的“從油箱到車輪(tank to wheel)”的能量效率較低。
氫燃料電池車加氫之后,氫能轉(zhuǎn)換為電能,轉(zhuǎn)化效率約60%,而鋰電車考慮到交流直流的轉(zhuǎn)換,效率約為75%。
氫燃料電池同樣存在交直轉(zhuǎn)換問(wèn)題,所以最終氫能全周期的效率可能不超過(guò)30%,如果鋰電車供電全部來(lái)自于可再生能源的話,氫能的全周期效率僅為鋰電的一半,但如果考慮到我國(guó)發(fā)電7成靠煤,則鋰電的全周期效率略低于氫能。
總結(jié)
由于效率和成本問(wèn)題,氫能車預(yù)期使用成本是鋰電車的數(shù)倍,這也正是絕大部分車廠選擇鋰電的原因之一。
但豐田們并未停下腳步,選擇雙管齊下,因?yàn)闅淠苘嚺c鋰電車真正要競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)象,不是對(duì)方,而是燃油車。
相比油車,氫燃料電池車的熱效率高出一倍,由于續(xù)航和充能優(yōu)勢(shì),運(yùn)輸效率也高。
在充能設(shè)施沒(méi)有普及之前,氫燃料電池車適用于卡車,客車,工程機(jī)械車,甚至是飛機(jī),因?yàn)檫@些交通工具路線相對(duì)固定,便于鋪設(shè)補(bǔ)能網(wǎng)絡(luò),無(wú)需電網(wǎng)。
相比之下,鋰電車如果不解決能量密度和充電時(shí)間問(wèn)題,最適合它應(yīng)用的場(chǎng)景,依然是有軌電車,只不過(guò)電車的鋰電池不是用來(lái)驅(qū)動(dòng)的。
所以結(jié)局如何,要看誰(shuí)先化解自身問(wèn)題。