锂离子电池加工

每当咱们聊到这些新动力话题时，都会议论电动轿车、混合动力车、燃油车这三者谁更经济更环保。也总会有网友的评论就好像弹幕相同在我脑海中浮现电动轿车都是骗人的、混动车省油不省钱、燃油车终将被筛选！。

最近我还看到这样一句评论氢燃料动力电池车才是未来！

没错，燃料动力电池车也是国家推行的新动力道路之一，那么氢燃料动力电池车能否彻底替代电动轿车、燃油车成为真实意义上的未来呢？今日熊主任从氢燃料动力电池车的原理、氢燃料动力电池车可行性经济性、未来开展前景三大方面来剖析。

第一部分，燃料动力电池车（FCEV）的作业原理。

1，氢燃料动力电池反响仓库作业原理：

提到氢燃料，想必大家都能联想到火箭推进器的一种燃料类型液态氢液态氧。我在儿时佳片有约看过的电影《火星任务》中有个片段，便是飞行器遭遇微流体星，燃料泄露，焚烧爆破导致飞行器损坏的大场面。还有便是6天冲破20亿，被誉为我国科幻电影的里程碑《漂泊地球》，氢气是贯穿整部电影的核心头绪，开场对白就有氢气是什么。

之所以用氢做燃料，一方面是氧化反响后只呈现没有污染的水（化学方程式2H₂+O₂=2H₂O）。另一方面便是氢气的能量密度极高，氢气的能量密度最高可到达143MJ/Kg，是汽油的3.25倍，是三元锂离子电池的130倍。这么说可能不是很好了解，咱们就简略拿氢燃料动力电池、汽油、纯电动轿车比较：

氢燃料动力电池车加注1kg氢气，大约能够行驶100km；燃油车加注1kg汽油大约能够行驶20km；纯电动轿车1kg电池单体贮存的电量仅能行驶1~2km！

补白：燃油紧凑轿车百公里7L油耗核算、紧凑纯电动轿车轿车百公里能耗15kWh，电池单体密度150~300Wh/kg核算

我在和朋友们聊地利了解到，一部分人会认为氢燃料动力电池车是以氢气焚烧呈现动力驱动车辆行驶的，其实不然，氢燃料动力电池是一种经过氢气与氧气的化学反响从而呈现电能的设备，是一种利用化学能发电的设备。（当然也会存在朴实靠焚烧氢气呈现动力的车辆，那种就不是氢燃料动力电池了，能够含义为氢内燃机，这类不在此次评论规模。）

如上图所示，氢燃料动力电池中，质子交流膜两侧的铂催化剂层将氢分子和氧分子分别分解为带电离子状况。由于氢分子体积十分小，带着电子的氢能够透过质子交流膜的微孔游离到对面去，但带电子的氢质子在穿过质子交流膜孔洞的进程中，电子被剥离，只有带正电的氢质子到达了薄膜的另一端。而电子只能经过导线在两块极板之间移动，电荷的移动便是呈现了电流。随后2个氢离子和1个氧离子结合成为水，这便是氢燃料动力电池车仅有的排放物水（H₂O）。

当然只靠一片质子交流膜呈现的电能是十分有限，例如丰田首款量产氢燃料动力电池车Mirai其氢燃料动力电池模组可输出114kW的发电功率，它便是由370片薄片燃料动力电池叠堆组成的，因此被称为氢燃料动力电池仓库。

2，氢燃料动力电池车作业原理和结构：

上为氢燃料动力电池车的作业原理图和结构图。加氢站加注氢气到高压储氢罐=>>燃料动力电池反响仓库利用氢气和空气中的氧气反响发电=>>经过升压转换器提高电压给动力操控单元=>>驱动电动机滚动牵引车辆。其间仍是有一个储能电池，它是能够贮存燃料动力电池呈现的剩余的电能，也能够在燃料动力电池输出不能满足电机动力需求时供应安稳的电力，适当于缓冲/安稳电能的用处。当然也能够用来能量收回，在刹车的进程中将动能转换成电能贮存到电池里。

3，比较内燃机增程式电动轿车、纯电车，氢燃料动力电池车的优点：

经过了解氢燃料动力电池车的结构图，大家应该会联想到，氢燃料动力电池车的结构是和增程式电动轿车有点相似的！没错，它们都有电池、电机、电控这3大件。不同之处是增程式电动轿车增程器是运用燃油内燃机，仍旧会排放尾气。而氢燃料动力电池车发电设备是运用的清洁动力，只会呈现没有污染的水。

相同零排放的纯电动轿车和氢燃料动力电池车比较，最大的差别是，后者只需加氢3分钟即可取得500km以上的续航。而纯电动轿车的充电速度。。呃~怎样说呢~充电1小时都鲜有到达500km的，而且许多电动轿车归纳续航还无法到达500km。未来5~10年，纯电动轿车或将到达350kw的充电速度，换算到3分钟大概能够充100km。

氢燃料动力电池车如此完美的具有了0污染、氢气加注速度快的优点，这是燃油车和纯电动轿车望尘莫及的。形似这2点就足以支撑氢燃料动力电池车才是未来的理论！你们看，丰田首款量产氢燃料动力电池车Mirai的命名，Mirai即为未来的意思。

第二部分，氢燃料动力电池车可行性和经济性

看了第一部分原理剖析和优点，什么各种完美，又什么未来的，是不是感觉熊主任把燃料动力电池车（FCEV）吹上天了啊？那么第二部分仍是着手实际谈一下氢燃料动力电池车的技能可行性和经济性。

1，技能可行性：

在国内氢燃料动力电池研制相对日韩是比较滞后的，重要原因是研制起步晚，致使氢燃料动力电池车整个体系，从制氢、储氢、燃料动力电池堆等技能上都没有满足工业支撑。

（1）氢气的来历的技能难点

国内主流的制氢办法有：

①电解水制氢法：技能老练、进程简略，可是本钱较高、耗电巨大；

②甲醇裂解制氢法：甲醇(CH3OH)质料来历广泛，制氢出资低，可是出产规模有限。现在也有加注甲醇的燃料动力电池车，便是在车上完成制氢、氢发电的进程；

③焦炉气中取纯氢法：这是个大规模制氢的办法，技能老练本钱也低。焦炉气重要含有H2（55~60%）、CH4（23~27%）、CO（5~8%）等，是炼焦工业的副产品，具有污染；

④天然气制氢法：也是大规模制氢法，可是工艺杂乱、质料利用率低，而且我国的天然气也是比较缺乏的资源（天然气通式是CnH(2n+2)，n1。甲烷（CH4)占大部分，少量乙烷(C2H6)，丙烷(C3H8)和丁烷）。

从以上的制氢办法来看，尽管制氢办法许多，可是都不能同时兼顾环保、高效、本钱低、规模大的制氢技能优点。

（2）储氢罐的技能难点

氢的贮存办法分为高压气态贮存、低温液态贮存、固态贮存三种。现在新动力车运用的是高压气态贮存，全球规模量产车到达了70MPa的水平，正在往80MPa等级开展。高压气态存氢罐是由碳纤维、玻璃、陶瓷等组成的薄壁容器。而我国现在70Mpa高压储氢容器处于探索阶段，还没有出产值力，重要依靠于日本进口。

经过查询相关材料，现在国内投放商场的氢燃料动力电池车以公交车为主，其储氢罐为35MPa等级。这是什么意思？意思便是我国的量产氢燃料动力电池车仍是受储氢罐的技能限制的，还处于公共交通范畴的试点阶段。35MPa的储氢罐技能还不能塞进乘用车里，或许塞进乘用车续航还不能到达现在的电动轿车的续航水平。

这个说法不难验证，比方丰田Mirai，车身长度4890mm，轴距2780mm，属于中型车的尺度，2只70MPa的储氢罐容纳122.4L氢气，可供应500km的续航里程。可是它的后排乘坐空间和后备箱空间就比较鸡肋了！本田Clarity储氢罐的容积到达了141L，续航589km，车身长度4915mm比本田Mirai尺度还大，相同也被储氢罐侵吞了许多后备箱空间。很显着，尽管氢气的能量密度很高，可是受制于整套燃料动力电池体系巨大的体积，圆柱状的储氢罐塞进车内严重侵吞乘坐和储物空间，使燃料动力电池乘用车的实用性大打折扣。

假设换成国产的35MPa等级的贮存罐，塞进轿车里，您觉得还能有多少乘坐空间，或许续航降低多少呢？

（3）氢燃料反响仓库的材料、寿数等技能难点

好的，总算提到燃料动力电池本身了，上篇原理也讲过了。氢燃料反响仓库核心的材料是质子交流膜和铂催化剂电极。

①质子交流膜：

常用的质子交流膜为全氟磺酸质子交流膜，全氟物质的合成和磺化都十分困难，而且在成膜进程中的水解、磺化简单使聚合物变性、降解，使得成膜困难，导致本钱较高。材料显现美国科慕Nafion质子交流膜价格为120美元/kW，例如一台燃料动力电池车电池仓库为100KW，那么仅质子交流膜本钱就高达1.2万美元。这单价可比80美元/KWh三元锂离子电池的原材料本钱要高一些。当然燃料动力电池是发电设备，三元锂离子电池是储电设备，只能在限定条件下比较，也不能直接比较。

质子交流膜作业时对温度和含水量要求很高，作业温度为70~90℃，超越此温度会使其含水量急剧降低，导电性敏捷下降，乃至损坏质子交流膜。温度过低氢气活动性变差，发电功率低。所以燃料动力电池也要经过杂乱的温度和湿度操控循环体系以保证电池仓库的寿数和功率。

东岳集团是仅有一家经过AFCC技能鉴定的我国公司。现在，东岳集团质子交流膜出产规模将可2.5万辆燃料动力电池轿车所需。

②铂催化剂电极：

铂是一种贵重金属，俗称白金，它的化学符号Pt。铂有良好导热性和导电性，而且有很高的化学安稳性，耐腐蚀性极强，催化活性高。铂除用于珠宝饰物外，许多用于化学反响的催化剂。

氢燃料动力电池运用铂催化剂，最大的问题便是铂原材极为稀有。一般花上5-6个月的时刻，处理10吨矿石，才能从质猜中铸成一盎司的铂锭（合31.1克）。而取得相同数量的黄金，只须花3-5周时刻，就能从3吨矿石中提炼出。全球铂的产值仅为黄金的1/30，而且我国也不是铂的重要原产地（80%以上产于南非）。

数据显现，现代NEXO每辆车的铂金用量为56克。技能较为先进的本田Mirai则要15克铂。现在全球每年的铂产值仅为90吨左右。就算全部用来出产氢燃料动力电池最多也只能满足600万辆的产值（以15克/辆核算）。而2017年全球轿车销量超越9000万辆。2018年仅我国轿车销量就到达了2800万辆。就铂不幸的产值就想让氢燃料动力电池车成为未来，我表示呵呵！

③氢燃料反响仓库的寿数和功率密度：

方才说的是氢燃料动力电池的本钱高，假设再和大家聊聊氢燃料动力电池寿数的话，估量会有更多的小伙伴要抓狂了。都说电动轿车锂离子电池的寿数怎样不可（几年或是几百次循环寿数），许多媒体都说锂离子电池贵，换电池比买新车都贵。那么氢燃料动力电池仓库的寿数是多少呢？

现在国内技能出产的氢燃料动力电池寿数遍及只有3000小时（功率在40%左右），没错！单位是小时！小时！较为先进能突破5000小时的技能还处于研制阶段。反响发电3000小时换一次贵重的电池仓库，这可就不是一般的壕了！

影响氢燃料动力电池寿数的原因之一便是催化剂中毒的问题。从氢来历一节咱们了解到，碳氢燃料制氢是一种本钱低的大规模的工业制氢法。其间一个难以克服的便是氢气纯度问题，即便经过了净化，其间依然存在0.2%的一氧化碳（CO），如此微量的一氧化碳会在铂催化剂电极上积累，逐步减缓燃料动力电池的反响，最终使燃料动力电池失效。

氢燃料动力电池仓库有许多技能参数，有功率、功率、功率密度、冷启动温度、寿数、本钱等。这边也纷歧一介绍了，想了解国内氢燃料动力电池仓库技能参数开展道路的请看下图。

2，经济性：

轿车做为交通工具，归纳经济性大体分为：购车、用车、养车、残值这四个方面。养车本钱、残值（保值率），这就不谈，由于无法预见。

（1）购车本钱：

燃料动力电池车（FCEV）的价格高是和其产值低有一定关系（根本处于手艺打造阶段），最重要仍是其他体系杂乱，燃料动力电池体系本钱高，导致价格较高。丰田mirai在美价格5.7W美元（合约38万人民币）起，而相同续航500km的特斯拉model3电动轿车美国价格仅为3.5W美元（合约24万人民币）起。在国内氢燃料动力电池乘用车享有国家补助20W元，还享有相应的当地补助。但国内的氢燃料动力电池苦于各种技能难点，即便面临高额的补助，鲜有公司进入。就更谈不上性价比了。

（2）运用本钱：

燃油车要加油，电动轿车要充电。氢燃料动力电池车当然是要加注氢气了。

电动轿车这几年开展比较快，也可能是和油价格上涨有关。现在一辆小轿车加油本钱大约0.5元/公里，纯电小轿车运用家庭充电桩本钱仅为0.1元/公里。而氢燃料动力电池车一公里要多少钱的氢气呢？这个答案十分的扣人心弦，我能够很明确的告知大家必定大于0.1元/公里，而且和汽油车的费用适当。

在日本加氢站的氢气价格为1000日元/kg（约合人民币52元）。国内新闻报道武汉首座加氢站，声称国内现在最大的加氢站，运营本钱也在50元/kg。1kg氢气能够驱动轿车行驶约100km，合约每公里的费用即为0.5元。这个运用本钱是和汽油车相同的啊！也不难预测，未来氢燃料动力电池车的运用燃料本钱应该会低于汽油车，一方面氢气大规模工业出产、燃料动力电池功率提高。最重要的仍是油价格必然会保持全体上涨！

能够说氢燃料动力电池车想走近家庭，从经济性视点仍是比较困难的。即便未来8~10年燃料动力电池车全体水平提高了。但在家庭日常通勤需求内，续航500km以内的乘用车仍旧会以电动轿车为主导，超越500km续航以上的，或因要许多的动力锂电池本钱，燃料动力电池车才会有显着的优势。

第三部分，氢燃料动力电池车开展前景

看了第二部分有关氢燃料动力电池车技能可行性和经济性的剖析，大家应该关于氢燃料动力电池车现状有所了解。尤其在国内的相关的技能还处于婴儿阶段。2017年国内累计运行在1千辆左右，加氢设施12座，2018年通告车型80款，年产超1500辆。能够说2017年是燃料动力电池车商用化的元年。比纯电轿车工业进化进程晚了约10年。

我国动力政策的根本内容是：坚持节约优先、安身国内、多元开展、保护环境、科技创新、深化改革、国际合作、改进民生的动力开展方针。

从燃料动力电池车（FCEV）的特色和现在国内轿车商场现状。燃料动力电池车在乘用车商场应该是很难比肩纯电动轿车的。但在纯电动轿车习惯不佳工况，比方高寒、重载、继续行驶，这便是燃料动力电池车应该要点开展的范畴。你看某电动轿车为了去燃油车能去的当地竟然被爆出百公里耗费40L柴油的新闻。假设换成氢燃料动力电池车，每次加氢只需几分钟，而且燃料动力电池内部的作业温度便是70~90℃，这个是不是和内燃机作业温度很相近了啊！理论上取暖不是什么问题了吧！

再例如货车这类重载车，假设运用纯电动力，不但充电速度慢续航短，就本身的电池分量就够担负了，再载满货，估量不是在充电便是在开往充电站的路上。此类重载车辆若运用氢燃料锂离子电池加工企业生产的动力电池，本钱上尽管比柴油机要高，可是对环保贡献是十分大的，氢气能量密度高、加氢速度快的优点也能表现出来。

纯内燃机车若是被新动力替代，那么纯电车应该是替代汽油车，氢燃料动力电池车是替代的柴油车。这么划分形似就很显着了。

还有一种存在，比方现在的理想制造ONE和概念车比亚迪汉这类需求，不是寻求的性价比。寻求的是没有里程忧虑或许寻求强壮功能的时候。这类车熊主任觉得能够仍旧放入容量满足大的动力锂电池组，驱动功能强壮的电动机，而氢燃料动力电池体系能够用来增程发电，完成充电、加氢双能量来历。当然电氢混合车价和五菱宏光彻底不在同一个商场要内。

考虑到氢燃料动力电池体系的体积，国内技能很难做到轿车内，未来8~10年最多运用到大型SUV或许皮卡中，最小也得是中大型轿车。或许10年后的今日，咱们才会开始评论哪款燃料动力电池车更好，更具性价比吧。而完成二氧化碳彻底0排放最了解的估计是2050年了。

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