在各国、各企业不断宣称新能源汽车将替代燃油车的如今,我们被惯性思维指引着,认为未来出行方式将是一场EV和燃油车之间的“战争”,然而,EV车型中被普遍应用的锂离子电池,却面临技术瓶颈,成长空间有限,导致核心用车体验:续航和充电时间始终不能满足一般需求。
在其他能源技术中,已经被量产(说明了技术可行性),最有可能与纯电动车型竞争的,非燃料电池(本文特指氢燃料电池)汽车莫属。
打一个不恰当的比方,锂电池这位武林高手使出了90%的功力,才将将把这位只发挥了30%功力的对手打退,随着时间的推移,燃料电池有太多的可能被发掘出来,有很大几率一举超过锂电池能够带来的价值。
话说这么多,也许你连燃料电池是个啥还懵懵懂懂,不要紧,本文将用3个部分,向大家介绍燃料电池汽车的结构、原理及发展瓶颈。
一、以丰田MIRAI为例,了解燃料电池汽车结构
也许20年后我们开的车不是纯电动汽车,而是ta?
丰田MIRAI于2014年底投入日本市场,在日售价700万日元左右,经日政府补贴后售价500万日元左右,约合29万人民币。至今具体销量未知,但结合2017年2月份曝出的2800余台销量,预估整体销量也就3000多台的水平。销量虽小,但MIRAI至少走出了量产这一步,理论、技术化为了产品,拿这款车介绍燃料电池汽车较为合适。
燃料电池汽车的结构如下图所示▼,在介绍的同时我们也会对其工作流程有所了解。
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燃料电池汽车顾名思义,核心反应在燃料电池里,图中其他部件均为辅助用途。
燃料电池的化学反应不是燃烧来自储氢罐的氢气,而是与氧气进行电解反应,产生电子,直接驱动电动机,并不充电给储能电池,经由储能电池驱动电机(储能电池仅用作动能回收、放电以及直接驱动电机)。
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其中燃料电池内部的电池堆性能决定了整车能源利用效率,储氢罐承压、密封等性能决定了动力系统安全保障,这两部分为技术要求最高的部件。
先简单介绍储氢罐构造和充氢体验。
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储氢罐乍一听怎么着都和易燃易爆搭边,别怕,丰田能让车量产,这方面安全性肯定考虑万全,据厂商介绍,储氢罐置于火中,以手枪射击,以及对储氢罐的变形挤压,均不会引发爆炸或者燃烧,其接口处在密封性上还做了特别处理。同时,每个接点都安装了气体泄露检测装置,如有氢气溢出,检测装置将自动切断氢气罐运作。
二、还以丰田MIRAI为例,了解燃料电池反应原理
官方视频解释得特清楚▼
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氢气在电解质薄膜作用下,分离出质子和电子,电子用来驱动电机,质子经过电解质和一部分电子到达阴极,与氧气反应产生水,这一过程有害物质零排放,且持续放电提供电能。
三、氢燃料电池遇到的发展瓶颈
说了这么多,一点儿氢燃料电池汽车的劣势都没提,好像这类产品很完美了,事实当然不是这样,不然MIRAI也不会有如此之少的销量了,劣势有很多,比如单车售价较高、氢站建设难度大、制氢能量转换效率低(也许和纯电动比并不低,这里不做展开讨论)、维护成本高、技术壁垒高等等,而本文只取其中最重要的标蓝两点:
1、氢站建设难度大。
氢站建设成本居高不下,和纯电动充电站相比,性价比较低。这是制约燃料电池汽车未能大面积推广的重要原因。
不计土地成本,国内建一座小型氢站大概需要1200-1500万不等,刨去政府补贴的400万,花费仍旧较大,并且在燃料电池车稀少的情况下,氢站门可罗雀,很难盈利。
目前国内加氢站建设一部分依靠大型会议、活动,为体现绿色环保理念时的配套建设,比如北京加氢站,当时是为了2008年奥运会建设。上海世博会期间也建设了加氢站(后被拆除)。深圳第26届大学生运动会期间建设加氢站,后同样被拆除。2022年,在张家口举办的冬奥会,即将启动了百辆级氢燃料电池客车示范运营,届时建设临时氢站是肯定的了。
一部分加氢站建设则主要为商用车或实验研究使用。
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不过,商业化建设氢站的计划也不是没有,比如《上海市燃料电池汽车发展规划》在今年9月份推出,《规划》中计划:2020年实现5000辆级规模在特定地区公共服务用车领域的示范应用,建成100座加氢站……
2、技术壁垒高。
相对纯电动汽车的三电系统技术,燃料电池汽车的制氢、储氢、高压罐体、燃料电池堆等核心技术,我国技术储备不高,制造纯电动汽车更容易,制造燃料电池汽车更难,就民族汽车工业“弯道超车”这一复兴战略来说,显然发展纯电动汽车是条“捷径”,所以政策、资本、人才也更加倾向于纯电动汽车产业,马太效应或许成为燃料电池汽车发展巨大阻碍。
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同时,技术壁垒高也对技术领先者们造成麻烦,技术迭代进展缓慢,研究成本巨大,最终均会落在产品上,导致售价高昂、使用体验不佳,影响整个产业发展。
邦点评:燃料电池汽车不仅对大多数人来说很陌生,媒体也报道关注的较少,本文只是挂一漏万地为大家进行了简单介绍,它的发展前景其实还很模糊。就像文章开头所说,燃料电池技术有很多尚未开发完成,很多可能令诸多研究者兴奋,但何时技术突破,哪些技术突破,对现有的新能源汽车发展路线造成多么深远的影响,难下判断。
不过一个态势我认为是能够确定的,一、短期来看,纯电动汽车会与燃料电池汽车共存,两者并非取代关系;二、长久来看,燃料电池汽车将取代纯电动汽车,成为新能源汽车的终极形态。