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鋰電池與燃料電池的螺旋進化分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年12月10日  

如果我們仔細分析過去20年里,歐盟(EU)和美國能源部(DOE)在鋰電和燃料電池領域基礎研究和產業政策方面的變化,就可以很清楚地看到,鋰電和燃料電池其實是一對不折不扣的“歡喜冤家”。

事實上,鋰電池和燃料電池在過去的幾十年里都沒有真正“冷”過,只是重視的程度不同罷了。它們都是幾經沉浮,你方唱罷我方登場,化學電源產業就是這么螺旋似地發展起來的。

本文作為鋰電行業知名作者JFD,通過回顧鋰電池及燃料電池的發展歷程,作者將探討:為什么中國和日本在發展純電動汽車方面選擇了不同的技術路線?或者說鋰離子電池和燃料電池到底哪種動力系統更加合適純電動汽車?

新能源汽車是近些年在國內發展起來的新興產業,2009年元月科技部、財政部、發改委、工信部聯合啟動了“十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程”,標志著新能源汽車產業正式上升為國家戰略。

2012年,國務院出臺了《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020)》,規劃對節能車、新能源車進行了定義,并確定了實現的路徑與目標。該規劃明確了我國新能源汽車的發展將以鋰離子電池純電動汽車(LIB-EV)為主要方向。

最近幾年,鋰離子電池純電動汽車在我國已經成為新能源汽車的主流路線,當前我國純電動汽車基本上是乘用車以三元動力電池為主而商用車主要采用磷酸鐵鋰動力電池的發展格局。

而作為全球電動汽車研發和產業化領頭羊的日本,在電動汽車技術路線上與我國并不一致。2014年12月,全球第一大汽車公司豐田汽車(Toyota)正式推出了全球首款量產型燃料電池電動汽車Mirai,這款車在日本的售價為723.6萬日元(折合人民幣38.3萬元,補貼售價為27.5萬元)。

緊跟其后,本田汽車(Honda)也在2015年下半年發布了其新一代燃料電池汽車FCVClarity。其實早在2014年5月,日本經濟產業省就發布了《氫燃料電池車普及促進策略》,從而制定了日本國內氫燃料電池車行業標準。

之后,日本政府在《實現氫社會政策建言》的議案中,提出了具體的氫燃料電池車普及目標及政策支持方案。此外,日本日產(Nissan)、韓國現代汽車(Hyundai)、美國通用汽車(GM)、德國寶馬(BMW)和大眾(VW)也都在近兩年陸續發布了各自的燃料電池電動汽車產業化規劃。

我們可以看到,中國與日本(實際上也包括韓國和歐美主流車企)在純電動汽車發展方向上選擇了不同的技術路線。兩田(Toyota和Honda)燃料電池電動汽車量產的消息在國內電動汽車界引發了激烈的討論并且形成了兩種觀點:

一種觀點認為日本汽車界在純電動汽車上走燃料電池路線是錯誤(路線錯誤論),例子就是當前國際上火熱的美國Tesla純電動汽車。

而另一種觀點則認為,日本發展燃料電池汽車更多的是為了其特種產業服務,并且誤導中國電動汽車發展方向(陰謀論)。

這些不同觀點暫且放下,面對Toyota和Honda燃料電池汽車小批量商業化生產的現實,我們當下首先需要認真思考的是為什么中國和日本在發展純電動汽車方面選擇了不同的技術路線?或者說鋰離子電池和燃料電池到底哪種動力系統更加合適純電動汽車?

不管是鋰離子電池(Li-ionbattery,LIB)還是質子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC),都是非常專業高深的高科技領域,涉及到多學科的綜合。筆者對這兩種化學電源體系都有相當的了解,本文中筆者將拋開深奧的電化學、固體化學以及電催化方面的科學原理,站在宏觀的角度深入淺出地從多個方面對這兩種化學電源體系進行分析比較,希望能夠在純電動汽車動力源的問題上給廣大讀者提供一些不同的視野和角度。

對這兩種動力系統進行比較分析之前,我們首先要認識LIB和PEMFC最本質的特征,這樣才能認識這兩種化學電源各自的適用領域。

從根本上而言,二次電池是一種能量存儲裝置,通過可逆的電化學反應實現電能的存儲和釋放。衡量二次電池存儲電能能力的基本指標是能量密度(Wh/Kg或者Wh/L)。而燃料電池則是一種電能生產裝置,它通過電催化反應將燃料中的化學能轉換成電能釋放出來。

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