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锂电池取燃料电池的”螺旋式“生长 新葡京 上xpj7200
日期:2018-02-22    阅读次数:570次

新能源汽车是近年在海内生长起来的新兴产业,2009年元月科技部、财政部、发改委、工信部结合启动了“十城千辆节能取新能源汽车树模推行运用工程”,标记着新能源汽车产业正式上升为国度计谋。2012年,国务院出台了《节能取新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》,计划对节能车、新能源车停止了界说,并肯定了实现的途径取目的。该计划明白了我国新能源汽车的生长将以锂离子电池纯电动汽车(LIB-EV)为重要偏向。

最近几年,锂离子电池纯电动汽车在我国曾经成为新能源汽车的支流路线,当前我国纯电动汽车动力电池是乘用车以三元动力电池为主而商用车主要接纳磷酸铁锂动力电池的根基格式。

而作为环球电动汽车研发和产业化发头羊的日本,在电动汽车技术路线上取我国其实不同等。2014年12月,环球第一大汽车公司丰田汽车(Toyota)正式推出了环球尾款量产型燃料电池电动汽车Mirai,这款车在日本的售价为723.6万日元(折合人民币38.3万元,补助售价为27.5万元)。紧跟厥后,本田汽车(Honda)也在2015年下半年公布了其新一代燃料电池汽车FCVClarity。实在早在02014年5月,日本经济家当省便公布了《氢燃料电池车提高增进战略》,从而制订了日本国内氢燃料电池车行业尺度。

以后,日本政府在《实现氢社会政策建言》的议案中,提出了详细的氢燃料电池车提高目的及政策支撑计划。另外,日本日产(Nissan)、韩国现代汽车(Hyundai)、美国通用汽车(GM)、德国宝马(BMW)、疾驰(Diemer-Benz)群众(VW)也皆在近两年连续公布了各自的燃料电池电动汽车产业化计划取样车。

我们能够看到,中国取日本(实际上也包孕韩国和西欧支流车企)在纯电动汽车发展方向上选择了差别的手艺路线。两田(Toyota和Honda)燃料电池电动汽车量产的新闻在海内电动汽车界激发了猛烈的议论而且构成了两种看法,一种看法以为日本汽车界在纯电动汽车上走燃料电池路线是毛病(路线毛病论),例子就是当前国际上炽热的美国Tesla纯电动汽车。而另一种看法则以为,日本生长燃料电池汽车更多的是为了其兵工家当服务,而且误导中国电动汽车发展方向(诡计论)。

这些差别看法临时放下,面临Toyota和Honda燃料电池汽车小批量商业化消费的实际,我们当下起首需求卖力思索的是为何中国和日本在生长纯电动汽车方面选择了差别的手艺路线?大概道锂离子电池和燃料电池到底哪种动力体系越发适宜纯电动汽车?不管是锂离子电池(Li-ionbattery,LIB)照样质子交流膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC),都是异常专业深邃的高科技范畴,涉及到多学科的综合。

笔者对这两种化学电源系统皆有相称的相识,本文中笔者将抛开深奥的电化学、固体化学和电催化方面的科学道理,站在宏观的角度深入浅出天从多个方面临这两种化学电源系统停止剖析对照,期望可以或许在纯电动汽车动力源的题目上给宽大读者供应一些差别的视野和角度。

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对这两种动力体系停止对照剖析之前,我们起首要熟悉LIB和PEMFC最素质的特性,这样才能明白这两种化学电源各自的实用范畴。从根本上而言,二次电池是一种能量存储装配,经由过程可逆的电化学反应实现电能的存储和开释。权衡二次电池存储电能才能的根基目标是能量密度(Wh/Kg大概Wh/L)。

而燃料电池则是一种电能消费装配,它经由过程电催化回响反映将燃料中的化学能转换成电能开释出来。固然燃料电池也叫“电池”(中文翻译的缘由),然则它的根基事情形式却取内燃机有些类似,跟通例二次电池有着本质上的区分。权衡燃料电池电能生产能力的根基目标是功率密度(W/Kg大概W/L)。

这两种电化学电源系统事情体式格局上的素质差别,将间接决意它们在运用层面上的差别定位,笔者在后面将会具体睁开议论。

1.锂离子电池和燃料电池的研讨取生长进程

在对照剖析锂离子电池(LIB)和质子交流膜燃料电池(PEMFC)在纯电动汽车范畴的运用远景之前,我们有必要简朴回忆一下二者的生长进程,如许读者便能够对二者有越发直观的熟悉。若是我们细致剖析已往20年里,欧盟(EU)和美国能源部(DOE)在锂电和燃料电池范畴根蒂根基研讨和产业政策方面的转变,便能够很清晰天看到,锂电和燃料电池实在是一对不折不扣的“欢喜冤家”。

其着实十九世纪末期,汽车最早就是从电池车生长起来的,铅酸电池车的产量在二十世纪早期到达了高峰。然则,跟着1908年福特立异性天接纳流水线批量消费T型车(大幅降低成本),和1912年汽油车电打火启动的泛起(运用越发便利),则对铅酸电池车形成了致命袭击,电动车今后退出了汗青舞台。直到上世纪末因为高能化学电源(二次电池和燃料电池)的技术进步,电动汽车才再度引发正视。

国际上第一轮燃料电池的研讨高潮发作在上世纪七十年代,因为美国航天事业的需求而动员了碱性燃料电池(AFC)的适用化,厥后GM借制造出了环球尾辆AFC燃料电池汽车。因为AFC必需运用纯氧而不克不及间接应用氛围,使得AFC没法应用于民用范畴,然则AFC许多手艺厥后被移植到了PEMFC上。

上世纪七十年代因为阿以战役致使了两次国际石油危急,不只对环球政治、经济格式发生了深远的影响,并且也促使西方国家深入天认识到寻觅新型能源的重要性,从而对新型高能化学电源的研讨发生了史无前例的伟大鞭策。恰是那一时期,人们在有机电解质、固体电极质料、质子交流膜、电极历程动力学等根蒂根基研讨方面与得了很大的希望,钠硫电池和锂离子电池恰是在这个期间构建了基本原理。

得益于上世纪八十年代在过渡金属氧化物、石墨嵌锂化合物和有机电解质范畴的研究进展,日本SONY公司在1991年初次将锂离子电池胜利天商业化。最后的锂离子电池因为接纳热解聚糠醛硬碳负极质料能量密度其实不下,自从日本大阪煤气公司在1994年产业化MCMB以后,锂离子电池的机能得到了较大的提拔得以敏捷占据手机电池市场而飞速生长起来,上世纪末在环球范围内掀起了第一波锂电产业化海潮。与此对应的是从1995年到2002年国际上第一轮锂电根蒂根基研讨高潮。锂离子动力电池的研发也在本世纪初最先崭露锋芒(以法国SAFT为代表),不外事先并没有在环球范围内引发普遍存眷。

美国克林顿当局在1996年拉开了“氢经济”(氢能和燃料电池)的根蒂根基研讨和产业化的序幕,欧盟紧跟厥后。在小布什总统当政的8年时间里,“氢经济”的研讨在西方发达国家尤其是美国到达了顶峰状况,而与此对应的恰是锂离子电池的根蒂根基研讨从2002年最先到2007年的那6年里堕入了低谷,固然锂电的产业化照样在快速生长的。第二轮燃料电池研讨/产业化海潮在2007年今后逐步降温,具体情况笔者在后面章节将会具体议论。

自从2008年奥巴马中选美国总统今后,美国政府在电动汽车的计谋偏向便从氢能和燃料电池转向了锂离子电池,也就是当前国际上的第二轮锂电研讨和产业化高潮。这个改变并不是DOE何乐不为,其背后的主要原因是氢气的工业化消费和存储和燃料电池在手艺、本钱、寿命等方面借存在诸多手艺应战,这些困难严峻障碍了燃料电池电动汽车的产业化历程。

日本的新能源研讨和产业化政策重要由新能源家当技术开发机构(NEDO)负责制订,取西欧在锂电和燃料电池两个范畴“过山车”不大一样的是,日本已往数十年里在那两个范畴支撑力度相差其实不大,那重要是由于日本在那两个范畴皆处在环球产业化抢先职位,而西欧的锂电家当一向皆出生长起来。

若是我们细致研读DOE远几年在锂电方面的年度报告(BATT和ABR项目)、欧盟ALISTORE项目和日本NEDO锂电相干项目便能够看到,取上世纪末结果丰盛的第一轮锂电研讨高潮比拟,那一轮的锂电根蒂根基研讨基本上没有获得任何突破性希望,反倒是具有显着的学术“泡沫化”特性(显示在“纳米锂电”和磷酸铁锂两个方面),DOE下一阶段在高能电化学电源范畴改动赞助偏向将是早晚的事变。

而事实上,美国DOE的手艺路线和生长目的一向是我国科技部和工信部制定新能源汽车方面科研和产业化政策的根基参考根据。那么,DOE下一轮关于新型高能化学电源的研讨和产业化重点会转移到什么范畴?让我们拭目以待。

实在,相识化学电源生长汗青的读者皆应当晓畅,二次电池和燃料电池在已往的几十年里皆没有真正“热”过,只是正视的水平差别而已。它们都是几经沉浮,您方唱罢我方退场,化学电源家当就是这么螺旋似天生长起来的。

泉源:高工锂电

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