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鋰電池、燃料電池和超級電容電池 誰是新能源汽車電池最終歸宿?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年03月26日  

自全球面臨能源危機、環境污染等問題以來,新能源汽車就擔當了解決上述問題的大任。但從全球各國的推廣情況來看,不盡理想。除了基礎設施建設滿足不了市場的需求外,新能源汽車電池技術是制約發展的主要因素。

對于消費者而言,新能源汽車的續航里程是重要的考量因素。從目前來看,在實際應用中,續航里程最長的就是特斯拉ModelS電動車,最大續航里程502公里,換算能耗為169瓦時/公里。雖然北京鴻遠藍翔電動汽車技術公司對改裝的夏利N7進行試驗,一次充電持續行駛了682公里,國產車換算能耗為101瓦時/公里,大大低于特斯拉,但是只是試驗數據,還沒有商業化量產。其他新能源汽車的續航里程遠低于特斯拉的水平。

而電池又是制約新能源續航里程的重要因素。目前,新能源電池的發展方向有三個:鋰電池、燃料電池還是超級電容。前瞻產業研究院發布的《2015-2020年中國新能源汽車行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》研究顯示:從目前的應用情況來看,應用最廣泛的就是鋰電池,其次是燃料電池,超級電容電池還處于理想化階段。

鋰電池

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對于鋰電池而言,根據材料的不同又分為磷酸鐵鋰電池鈷酸鋰電池與三元聚合物鋰電池

多數電動汽車應用的是磷酸鐵鋰電池,如雪佛蘭Volt、日產Leaf、比亞迪E6等。這種電池技術成熟、安全,但缺點是能量密度,導致電動汽車的續航里程短,難以滿足消費者的要求。除此之外,磷酸鐵鋰電池合成反應復雜,造成電池一致性問題難以解決,另外,磷酸鐵鋰電池制造過程需要有還原氣體,導致其材料的制造穩定性和精確性很難控制;零度氣溫以下磷酸鐵鋰電池有放不出電的現象,影響車輛的使用。

應用鈷酸鋰電池與三元聚合物鋰電池的主要是特斯拉電動車,其Roadster電動車采用鈷酸鋰電池,ModelS采用的是三元聚合物鋰電池。對于鈷酸鋰電池而言,雖然能量密度大,但安全性較低,且成本高。以特斯拉為例,其電池成本占到整車的一半。因而,特斯拉采用了能量密度高但成本更低的三元聚合物鋰電池。

除此之外,燃料電池也是各大汽車制造商重點投資的領域。氫燃料作為能源的突出特點是無污染、效率高、可循環利用。而氫是一種無色的氣體,燃燒一克氫能釋放出142千焦爾的熱量,是汽油發熱量的3倍。它燃燒的產物是水,沒有灰渣和廢氣,不會污染環境,因此氫作為燃料被認為將會成為21世紀最理想的能源。

近幾年,歐美日等地在政府大力扶持下,在氫燃料汽車研發方面均取得了一定成就,包括奔馳、通用、豐田等巨頭企業更是紛紛布局。日本政府正在本國內大力推進氫燃料電池車的發展。根據《新成長戰略》規劃,日本政府提出以下目標:包括氫燃料電池車在內的下一代環保車市場份額,將從2013年的約23%提升至2030年的50%~70%。同時,為氫燃料電池車提供補貼,2025年使其售價與混動車持平,統一標準與國際接軌以促進其海外銷售等舉措被列為重點實施項目。

2014年7月,在東京召開氫燃料電池車(FCV)開發狀況的說明會上,豐田公司加藤光久副社長表示在2014年內將向市場推出轎車型的氫燃料汽車。6月,現代氫燃料電池車日前首次在美國南加州出售,意味著量產氫燃料電池車開始在美進入商業發布階段。本田公司也將在2015年推出燃料電池車。

但是氫燃料電池也存在一定的劣勢。燃料電池生產成本很高,而加氫站的建設甚至比鋰電池電動汽車的充電站更難。除此之外,氫氣有爆炸的隱患且氫氣來源渠道有限。上述原因都制約了氫燃料在市場中的應用。

超級電容

而對于市場前景更廣的超級電容而言,理論上較鋰電池與燃料電池更優異。有人預測,傳統電動汽車的電池已經過時,未來以超級電容器為動力系統的新型汽車將取而代之。其優點首先是充電速度超快,別管多大容量,只要電流夠,一兩秒就能充滿;其次是耐充,幾十萬次沒問題,而且能量不衰減;第三是放電速度極快,或者說能夠承載的功率高,這也是電池所不能比的;第四,效率高。由于是物理變化,它的能量轉換效率遠非化學變化的電池可比。

但超級電容也有自身的缺陷:一個是安全性,過快的放電速度和過低的內阻,如果設計不好的話,本身就蘊含著“能量突然大爆發”所隱藏的風險。二是較低的工作電壓,制約了它在驅動汽車上的應用。

前瞻網新能源汽車行業報告分析認為,從上述三種電池的對比來看,在短期內仍然以鋰電池為主,并將呈現鋰電池與燃料電池并駕齊驅的現象。而對于超級電容,在短期內很難替代鋰電池,從技術上看,超級電容與鋰電池各有其性能特點,未來將鋰電池與超級電容組合的技術將成為市場主流。

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