氢燃料电池概况
对于动力电池而言,安全、成本、性能是核心三要素,从目前来看,未来技术主要分氢动力及固态电池两大方向,氢动力又包括氢内燃机及氢燃料电池两个细分领域。
氢内燃机技术虽然具有成本低(约为氢燃料电池的10%)、对氢气的纯度要求不高、燃料适应性强等优势,但由于其能量转换效率仅在30%左右(氢燃料电池已达60%),无法满足下游对续航里程的要求,且容易发生早燃、回火、爆震、污染物排放等问题,在氢动力领域的发展速度较慢,主流车企及动力企业对该领域的投入相对较少,不是未来主流技术路线。氢燃料电池及固态电池在提升续航能力、缩短充电时间、减少起火风险方面优于目前的液态电池,被认为是未来主流技术路线。
未来主流技术概要
1.氢燃料电池
氢燃料电池是一种将氢气和氧气反应生成电能的电化学装置,具有高效、环保、能源来源多样化等优点,主要由电堆、氢气供给系统、空气供给系统、水热管理系统和控制系统五部分组成,电堆是其核心部件。
按导电离子技术不同,氢燃料电池可分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、直接醇类燃料电池(DMFC)。
PEMFC具有功率密度大、重量轻、体积小、寿命长、工艺成熟、可低温下快速启动和工作等突出优点,被认为是未来车用燃料电池的最理想技术方案。
2.固态电池
固态电池是将液态电池中的电解液与隔膜替换为固态电解质,本质上仍是锂电池,材料为正极、负极和固态电解质,电解质为其核心部件。
从电解质分类来看,固态电池包括聚合物、硫化物和氧化物三种。我国技术路线以氧化物材料为主,日韩多采用硫化物路线,欧美企业的技术路线较为多样化。
技术性能对比
氢燃料电池具有零污染、能量补充效率高、寿命长的特性,在能量密度、补能时长、里程衰减、电池寿命、技术成熟度方面优于固态电池,适合对补能、续航里程要求较高的领域,系统寿命可实现2-3万小时(约80-120万km)。但对产业链及基础配套设施方面的要求较高,同时无法在制动期进行能量回收,通常与小锂电系统配套使用(据氢燃料电池企业介绍,目前氢燃料电池系统和小锂电系统功率配比为10:1)。
韩国现代汽车推出的NEXO为近三年全球销量第一的氢燃料电池车,搭载三个储氢罐,共6.3公斤,与传统燃油车保持在同一水平,未产生过多空间侵占,加氢一次需要5分钟,续航达到800km,系统效率60%。
固态电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性,在能源效率、安全性、基础配套等方面优于氢燃料电池,但由于目前技术尚不成熟,初期成本压力较大,预期应用领域的渗透路径为:对成本敏感度较小的微电池领域→消费领域→动力电池领域。