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明人不說暗話:燃料電池才是新能源產業的未來

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年03月03日  

歷史上,從來沒有任何一個國家會坐視能源產業不管。如果不是因為美國人鉗制了日本人的海上原油運輸路線,那么珍珠港事件是不會爆發的。

如果科威特不是因為原油儲量達到伊拉克的八成,那么海灣戰爭沒準是不會爆發的。所以,當全球都在迎來能源轉型的時候,面對新能源產業,也同樣不會有哪個國家坐視不管的。

從2014年開始,我國明顯加強了對新能源產業的扶持政策。這其中,又以新能源汽車產業的發展最快。在經過了幾年的發展之后,我們已經可以看到以固態電池為主的純電動車型,以及尚未出現在我們生活中的采用燃料電池的純電動車型。

所以,在面對琳瑯滿目的新能源路線時,新能源汽車產業應該怎么走,似乎成了一個值得討論的問題。因為,這關系著整個新能源產業中最根本的基礎設施建設問題。

在經過了這幾年以固態電池為主的純電動車型的市場推廣后,基本上可以得出的結論是,純電動車似乎并不適合于目前汽車社會的運行方式。充電時間過長以及續航里程的問題正在深刻的影響著我們的用車體驗,尤其是充電時間過長的問題,又和停車難的汽車社會問題重疊在一起。

從目前來看,這似乎是個死結。而且,目前還沒有明確的是,固態電池報廢之后的回收處理問題,如果大規模推廣,這似乎又會引發新的環境問題。

所以,正如本田技研前社長伊東孝紳講到的那樣,純電動車只能滿足特定環境下的短途駕駛需求。

那么,在我們可見的未來內,氫燃料電池動力會是一個合理的選擇。

從根本上來看,氫燃料電池車型并不會改變眼下這個運行了132年的汽車社會的基本運作方式。即以加注燃料作為續航里程補充的汽車社會運行基礎。

氫燃料電池車型的續航里程補充方式為液化氫燃料,除了加注口有所差異之外,和我們目前加注汽油并沒有什么太大的差別。以豐田在南加州投放運行的Mirai燃料電池車的運行情況來看,一次氫燃料的加注時間大概是在三分鐘左右,而一次加注完成后豐田Mirai可實現續航里程可超過500公里——這完全是傳統內燃機車的水平。

而在這種方式下,停車難的問題并不會作為一個次生問題與之合并,整個汽車社會的運行方式也不會有大的變化。更重要的一點在于,它所產生的次生的環境污染問題會比固態電池小上很多。

所以,燃料電池基礎,目前正在被全球的汽車產業所關注。其中又以日系和韓系為主,目前豐田和現代都已經推出了量產的燃料電池車型在美國南加州試運行。本田也同樣有了量產版的燃料電池車型Clarity。

而歐洲汽車企業則奉行兩手抓兩手硬的政策,一邊研究見效快的固態電池技術,一邊鋪墊燃料電池技術。這其中又以寶馬走的最遠,早在十幾年前就已經推出了首款氫燃料動力的寶馬5系。不過沒有量產。

在國內,長城汽車是目前少有的幾家明確了燃料電池動力作為未來技術發展路線的企業。在2018年,長城汽車正式加入國際氫能委員會,成為首家進入該委員會的中國汽車企業,同時該委員會成員還包括奧迪,寶馬,戴姆勒,通用,本田,現代及豐田等著名跨國汽車公司。

而長城這一次涉足的,已經不僅僅局限在燃料汽車產品上,而是拓展到整個氫能源產業上。液態氫燃料的制作和儲存技術是目前長城汽車正在攻關的技術。

在2018年,也就是長城汽車加入到國際氫能委員會的同一年,全國第一家氫能技術中心在長城汽車投入使用,到2025年,長城將建設全國首座配備深冷壓縮技術的液氫加氫站。

我們可以這樣理解,氫燃料電池技術就是在純電動車上安裝一套小型的燃料電池發電機組,由此來驅動電動機的運行。事實上,燃料電池已經作為一種新興的發電技術出現在部分電站當中。

燃料電池動力的運行原理是這樣的。氫燃料在燃料電池的陽極板,也就是負極,經過催化層的作用,將氫原子的一個電子分離出來。然后失去電子的氫離子通過質子交換膜到達燃料電池的陰極板,也就是正極。

游離后的電子不能并通過質子交換膜,所以就只能經過外部的通路到達陰極板與氫離子重新結合,在電子的運動過程中自然就在外電路產生電流。而這個電流經過逆變器以及控制器等裝置之后,就能夠到達電動機驅動其運動產生動能。

到達陰極板之后的電子又與在那里的氫離子和氧原子重新結合為水,而這些水就作為唯一的排放物排放出來。整個過程并不會產生環境污染問題。

那么,它的技術難點就在于,那個不能讓游離的電子通過的質子交換膜。而這個也是在過去很長一段時間內制約著燃料電池車型發展的重大短板。因為,在過去,這個質子交換膜的材料是鉑,沒錯,就是用來做鉆戒的鉑。

這個成本可見一斑。有多貴呢?在2010年上海世博會上試運行的那些燃料電池車型,單臺車的成本至少要超過300萬。所以,在很長一段時間內,整個汽車產業研究的問題就在于,燃料電池的成本如何降低。

轉機最終還是出現在日本人那里,隨著2014年豐田Mirai的亮相,豐田也正式宣布突破了質子交換膜的技術難點,以一種竹炭材料取代了鉑作為質子交換膜。這樣一來,使得燃料電池車的成本得到了大幅度的降低,這也是豐田Mirai能夠走向量產的重要保證。還不僅僅如此,在2014年年末,豐田也正式開放了Mirai燃料電池車的技術專利,為這一技術的普及掃清了障礙。

其實,豐田的此舉很好理解,在固態電池的純電動車正在成為可以迅速見效的一種新能源動力的趨勢下,只有放開技術專利才可以吸引到更多的汽車加入到燃料電池的研發當中,繼而推動氫燃料基礎設施的建設,并且掌握氫燃料電池技術的標準制定權。這個,很重要。

燃料電池技術的另一個難點就在于,如何儲存和加注液態氫燃料。

目前以豐田、現代以及長城汽車的技術路線來看,氫燃料的加注依舊是以液態氫為主。這也就意味著整套加注機構和車載儲氫罐需要高壓和隔熱的環境。長城汽車正在研發的這一技術為深冷壓縮技術,可以將氫氣高效加壓至5MPa,50MPa或70Mpa,此外低溫氣體(深冷壓縮氣體)亦可直接加注無需預冷。這樣的加注路徑最根本的目的還是在降低氫能源車的使用成本。

據長城汽車預計,采用這一技術的氫燃料終端加注成本可低至30元到40元每千克。這就為后續氫燃料電池的推廣又掃平了一個障礙。

可以肯定的是,氫燃料電池技術是新能源動力技術的未來,而新能源產業也將成為未來我國要大力扶持的產業。當其他汽車企業還在固態電池的模式下探索解決方案的時候,長城汽車已經開始的氫燃料電池技術的研發可以說走在了整個汽車產業的前列。

而這種前瞻性的研發,不僅僅是有利于長城汽車本身的發展,也將會有助于我國的燃料電池產業在未來的燃料電池車型標準建立中話語權的提升。

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