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两种电池技术竟然如此不同!到底谁厉害?

日期:2021-12-29    来源:国际能源网/氢能汇

国际氢能网

2021
12/29
08:21
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关键词: 现代汽车 锂电池行业 氢燃料电池产业链

12月28日,现代汽车传出消息,现代汽车集团已经暂停开发Genesis氢能汽车项目,并且削减燃料电池部门的人员。

另一则消息是锂电原材料价格上涨,带动整个锂电池行业价格普涨。

唱衰氢燃料电池,看好锂电的消息就此又掀起业内大讨论。新能源赛道上,燃料电池vs锂电池,到底谁能一骑绝尘?

物理锂电对阵化学燃料电池

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称“电化学发电器”。它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应。

锂电池主要是指在电极材料中使用了锂元素作为主要活性物质的一类电池,主要包括锂金属电池和锂离子电池两大类。目前在车用方面较为成熟的为磷酸铁锂电池和三元锂电池,前者的代表是比亚迪,后者为特斯拉。

这两种新能源电池的区别在于,锂电池就像一个能量储存装置,需要通过外接电源进行充电。而氢燃料电池更像一个化学反应装置。

产业链技术难度不同

氢燃料电池产业链中,上游是氢气的制取、运输和储藏,在加氢站对氢燃料电池系统进行氢气的加注;中游电堆等关键零部件的生产,将电堆和配件两大部分进行集成,形成氢燃料电池系统;在下游应用层面,主要有交通运输、便携式电源和固定式电源三个方向;消费终端为料电池汽车生产、销售环节。

锂电池产业链上游为原材料资源的开采、加工,主要包括钴、锰、镍、锂、石墨材料、碳材料等。电芯制造及模组位于锂离子电池产业链的中游,使用上游电池材料企业供应的正极材料、负极材料、电解液、隔膜及其他辅料,生产出不同规格、不同容量的锂离子电芯产品,最后根据下游终端客户的要求选择不同型号的电芯产品、模组及BMS方案。锂电池产业链的下游包括消费电子领域、动力电池领域、储能领域。

当下情况,燃料电池技术含量高,制造难度大,发展处于产业化初期,产业链配套较少;而锂电池技术相对成熟,制造产业链完善。总体来说,锂电池商业化程度高,燃料电池处于起步阶段。

氢燃料电池功率大更环保

氢燃料电池与锂电池动力性能对比,以使用这两种电池最为代表性的车型进行对比:

从上图可知,单从两种电池的应用技术角度来讲,氢燃料电池远胜于动力电池。另外,氢燃料电池使用无二次污染,锂离子电池因含有重金属镍、钴、砷等有毒污染物,所以必须要进行回收处理。此外,氢燃料在电池衰减、能效转化、易维修程度等多方面,也同样有着显著优势。

燃料电池总成本较高,在制氢、输存、加氢站建设等方面投资较高、制氢过程复杂;锂离子电池生产成本相对较低,此外其重复充电利用非常方便,相比其他可携带能源,其具有更高的成本效益。

在存储方面,氢站建设比锂电池充电站建设更为困难,不仅存在爆炸隐患,且氢气来源有限,严重限制了规模化量产。存储难题也拖累了氢电池的体积。目前主流的氢燃料电池车采用的依然是相对传统的球罐储气方式,以保证气压受力均匀,而这压缩了车内的乘坐空间,导致整备质量较大。

两种电池技术互有短板

尽管现在锂离子电池的应用占据着绝对优势,但是有不少企业和研究机构已经在探索电池产品新的未来,尤其是氢燃料电池迎来了一波热潮。氢燃料电池和锂电池都有哪些优势和不足呢?

知道锂电的人都知道锂电车主要有三个好处:使用寿命长、体积小重量轻、续航能力强。

但是锂电池能量密度低,充电时间长等短板仍难以解决。再就是低温性能,像磷酸铁锂电池,固然有成本低、安全性高的优势,但是一到冬天就怂了。尤其是北方,冬天车内开暖气,续航要大打折扣。

与锂电池电动车相比,氢燃料电池汽车续航足、加氢快、绿色环保。在固定路线、中长途及高载重场景下更有优势,续航里程可轻松达500公里以上,冬天也有余热供车内取暖。

不过,当前氢燃料电池车的发展仍面临一些阻碍。部分核心材料仍依赖进口,而且不同于锂电池电动车可以利用现有电网建造充电站,氢能源汽车使用的加氢站目前完全依赖长管拖车运输,效率较低且成本较高。燃料电池与锂电池各有优势,未来锂电与燃料电池将是互补关系。

政策支持锂电发展更快

无论是氢燃料电池还是锂电的发展都离不开政策的支持。虽然国家对两种技术都有政策支持,但在发展初期,锂电获得的支持更多,而随着锂电为动力的新能源汽车产业的快速发展,国家有开始支持燃料电池车的进步。

虽然不再提补贴的概念,但“以奖代补”的政策出台,从根本上也是为了解决燃料电池发展存在的一些难题。

在政策推动下,我国已累计推广氢燃料电池商用车超7000辆,已经是世界上运行氢燃料电池商用车最多的国家了。

国家各项政策不断提出燃料电池汽车相关的发展思路和产业引导方向,加快氢能及燃料电池汽车的大规模推广应用,燃料电池汽车产业发展的顶层设计明确。各地关于氢燃料电池汽车的扶持政策也是遍地开花,北京、上海燃料电池汽车示范城市群的建立进一步催动氢燃料电池市场化加速落地。

竞争不在同一维度

如今,越来越多的车企都开始在氢能源路线上发力。现代汽车、上汽集团、通用汽车都推出了新一代氢燃料电池车。而特斯拉认为氢燃料电池技术“极其愚蠢”,认为这条路走不通,对于这两种新能源电池的对比,一直都有争论。

但实际上看,两种技术的竞争不在同一维度。因为锂电车因为考虑舒适度、空间因素等条件限制,更适合在乘用车领域拓展,而氢燃料电池车则因其长续航能力和高功率,更适合商用车使用。如同一个硬币的两个方面,两种技术的竞争不是在同一个空间。

燃料电池车和锂电池车的区别在于:燃料电池车比锂电池车多一套发电装置(即燃料电池),因而燃料电池车可自己发电,不需要像锂电池车一样到处找电源。

不过目前,锂电池车的商业化程度,明显高于氢燃料车。尤其是在乘用车市场,这几年锂电池车发展迅猛,瓜分了不小的汽车市场份额。

当前动力锂电池产量增速远未满足新能源汽车的快速发展需要,高品质的动力锂电池产品市场仍旧供不应求。新能源汽车对锂电池组的需求持续上扬。

燃料电池汽车是新能源车发展的重要技术路线之一,从推广类型来看,商用车是目前国内燃料电池技术路线推广的最佳领域,原因主要有以下三点:一是车辆可搭载的储氢罐体积直接决定了汽车的续航能力,而商用车体积较大,可以提供更多的储氢空间;二是商用车的使用环境更为规律和集中,在燃料补给方面也比其他种类的乘用车更加便利;三是商用车对燃料电池的功率密度要求相对较低,目前国内的技术水平可以满足使用要求。

由于锂电池有续航里程短、充电时间长、载货量少的短板,而氢燃料电池的强项正好可以补齐。因此,国内将氢能在交通上的应用重心放在了载量大、距运长的商用场景,比如公交车、物流车、重型卡车、轨道交通。

对于“从商到乘”的拓展和“氢VS电”之争,西南交通大学电气工程学院院长陈维荣认为,锂电车虽然发展更成熟,但产业链首末两端是高耗能高污染,且未来大面积铺开会对电网形成压力和冲击。氢燃料车虽然更清洁,也不依赖于电力系统,但技术和配套还远不能支撑乘用车自如应用,现在并不是关注的最佳时候。

由此可见,两种技术即使要竞争也是若干年之后的事儿,因为现阶段两者根本不存在同一维度的竞争关系。因为燃料电池车的数量实在太少了,少到甚至可以忽略不计的程度。燃料电池想要支棱起来,需要首先把装车量增上去。

锂电化、节能化和高速化将是未来锂电池的发展趋势。作为新能源领域的重要组成部分,锂电产业发展迅速,已成为制造领域新的投资焦点,锂电池企业纷纷加大对新工厂的建设,寄希望增加产能,借助规模效应来取胜。锂电制造节能化和高速化已成为新的产业趋势。

随着我国新能源汽车市场的扩大,动力性锂电池需求量将会有大幅提升,同时,手机、电动车、电动工具、数码相机等行业的快速发展,对锂电池的需求将会不断增长。此外,由于锂电池生产厂家在技术上的革新,人们对锂电池的需求仍会不断增长,锂电池行业发展前景较好,前瞻预计到2026年我国锂电池行业市场规模将超过2600亿元。

随着国家“碳中和”、“碳达峰”任务的推进,氢能这一绿色能源受到国家的重视和大力推动。未来目标中就风光能电解水制氢,加氢站等基础设施建设,氢燃料电池汽车等进行了详细规划。

对于燃料电池汽车和纯电动汽车的关系,两者的技术特点不同,也有各自适合应用的场景,未来应该是互补、共存,而不是替代的关系——要做优做强纯电动,巩固纯电动汽车领域的优势。同时对于燃料电池统筹研究,推动相关管理制度的完善,探索布局合理、协同推进的发展新模式。

国内的电动汽车已经实现商业化,并且在大步向前发展,而氢燃料电池汽车产业还处在商业化前期。当下现状,新能源车市场在不断扩充,燃料电池和锂电池百花齐放,胜过孤注一掷。

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