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终极大PK!氢燃料电池能否颠覆锂电池?

   日期:2019-04-01     来源:前沿材料微信公众号    浏览:2145    评论:0    
 3月28日,国家总理李克强在博鳌亚洲论坛2019年会表示:中国正在积极实施创新驱动发展战略,加快氢能源等新兴产业,并为科技成果转化提供更好的市场环境。近日2019年新能源汽车补贴政策发布,锂电池补贴标准平均退坡50%,但燃料电池汽车补贴政策另行公布。

我国从2018年开始重点推动燃料电池行业的发展,特别是2019年政府工作报告写入了推动加氢站等设施建设的内容。国家政策倾斜如此明显,我们不禁要思考:作为后起之秀的氢燃料电池又具备哪些竞争优势?未来,锂电池和氢燃料电池两者谁将是未来的“霸主”?

2018年以前国家新能源汽车补贴标准表(单位:万元/辆)


2019年新能源汽车补贴标准表(单位:万元/辆)


和纯电动乘用车相比,国家对氢燃料电池的补贴力度相对较大,且不实行补贴退坡。从我国补贴政策可以看出,我国推动氢燃料电池汽车发展的迹象明显。

氢燃料电池与锂电池项目对比


从以上表格可以看出,若从两者的技术、成本角度评估,锂电池占据绝对优势。

技术角度

锂电池生产技术成熟、产业链完善、可以批量化生产且生产成本低,正处于规模效应扩大阶段。而氢燃料电池制造难度较大,对于质子交换膜、关键材料催化剂、双极板等技术要求高,这些关键技术主要掌握在美国、欧洲、日本手中。

从时间上来看,氢燃料电池只需要3—20分钟;而锂电池充电时间相对较长,大概需要30分钟—3个小时。

从续航里程来看,氢燃料电池轻易可达600km以上,且提升空间大。而锂电池的续航里程为400km左右,续航里程易受环境温度制约,且会出现锂电池老化现象。

从质量能量密度上来看,锂电池能量密度为90到140Wh/kg,三元锂电池理论能量密度是300到350Wh/kg。氢燃料电池作为一种发电装置,能量密度远高于锂离子电池,目前能达到600Wh/kg,理论上限是1到2万Wh/kg,提升空间巨大。

成本角度

目前国内氢燃料电池制造产业链基本处于空白状态,难以实现批量化生产,从而增加成本;除此之外,建设一座加氢能力大于200公斤的加氢站成本在1000多万元以上,虽然国家出台了对“符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池车加氢站,每站奖励400万元”的扶持政策,但高昂的建设成本还是让人望而却步。

此外,两者也都存在一定的安全问题。锂电池存在过充过放的问题,碰撞时电解液泄露容易起火;氢燃料电池储氢罐需要密封,加氢时氢气泄露容易引起燃烧,碰撞时容易氢气泄露。

虽然我国氢能产业发展起步晚,但我国高度重视氢燃料电池汽车的发展,在《中国制造2025》明确提出了燃料电池汽车及其关键部件的技术路线图,对燃料电池关键材料的研发提出了技术目标;随后2016年11月29日,国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,提出燃料电池汽车要“产业化”,到2020年要实现燃料电池车批量生产和规模化示范应用。目前,国内已形成整车、燃料电池电堆和系统的技术体系,具备小规模产业化条件。2018年,我国氢燃料电池汽车累计生产1619辆,加氢站已建成12座,在建20座。国家将持续加大对燃料电池研发和产业化的支持力度,开展关键材料催化剂、质子交换膜、双极板等关键技术的研发工作,提高电堆产品的性能和寿命,降低成本。

目前锂电池和燃料电池是有望替代石油车的主流技术,两者各有优势,均有巨大的进步空间。若锂电池能提升其能量密度,优化循环使用寿命,会更具竞争力;氢燃料电池的核心技术、车辆和加氢站建设的巨大成本、安全等问题依然是产业发展的巨大瓶颈。从环保性和可持续发展的角度看,氢燃料电池比锂电池更有发展前景,但从短期的经济效益来看,发展锂电池比氢燃料电池更具市场竞争力。

一、氢燃料电池产业发展现状

1.基础设施建设

工信部2016年制定的《节能与新能源汽车技术路线图》,规划到2020年实现5000辆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;2025年实现5万辆规模的应用,建成300座加氢站;2030年实现百万辆氢燃料电池汽车的商业化应用,建成1000座加氢站。

在政府政策的支持下,我国氢燃料电池汽车将迎来快速增长时期。我国现已建成加氢站12座,在建20座,主要集中在“京津冀”地区、“长三角”地区、“珠三角”地区。

2.车企重点发展氢燃料电池客车及专用车

截止2018年,共计77款燃料电池车(筛除重复车型)入选工信部发布的13批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,同比增加165%。

从产量上看,2018年我国氢燃料电池汽车产量累计生产1619辆,同比增长27%。其中,2018年1-11月产量增加平缓,12月生产数据达到1153辆,增量明显,12月份生产的专用车多达876辆,预计这些车辆将在2019年销售。国产的氢燃料电池主要以客车和专用车为主,其中客车710辆,专用车909辆。

据中国汽车工业协会数据统计,2019年1月,纯电动汽车配套的动力电池装机量约4.63GWh,同比增长335.05%;插电式混合动力汽车配套的动力电池装机量约0.34GWh,同比增长64.2%;燃料电池汽车配套的动力电池装机量约0.01GWh,同比增长9464.06%。

图-2019年1月各动力汽车装机量


从生产量和使用量上,我国氢燃料电池汽车都在增长,可见,我国氢燃料电池产业正在发展壮大。目前,氢燃料汽车的规模化发展虽然存在瓶颈,但国内氢燃料电池企业和部分锂电企业积极布局,主要以企业氢燃料电池客车和专用车为主。

二、锂电企业提升电池能量密度并积极开发氢燃料电池

据中国汽车工业协会统计,2018年国内新能源汽车产销量分别完成了127万辆和125.6万辆,同比分别增长了59.9%和61.7%,其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆,同比分别增长47.9%和50.8%。

目前,我国纯电动汽车产业基础好,产业链完善,已形成了结构完整的动力电池产业体系。锂电企业除迅速破解各大技术门槛,提升锂电池能量密度外,部分企业也在积极布局氢燃料电池的发展规划,试图抢占先机。

比亚迪生产的纯电动汽车占据国内和国际相当大的市场分额,据比亚迪2018半年度报告显示,公司营收541.51亿元,同比增长20.23%,其中新能源汽车业务增长为整体营收做出了巨大贡献。2018年5月比亚迪宣布与美国混合动力公司合作研发氢燃料电池客车,推翻了此前坚决研发锂电池的决定。短短两年时间,比亚迪就转变发展思路,将燃料电池的研发提上日程,可见,大型的锂电企业也面临发展方向的巨大选择。

三、氢燃料电池能否颠覆锂电池?

关于氢燃料电池是否能颠覆锂电池的问题,小编收到了许多业内专家、行业分析师、热心网友的不同观点,也为大家整理了车圈大佬的看法。

技术派

观点1:氢燃料电池代表的不只是新能源汽车,更是有效的长时间储能的问题,而且市场是需要技术来培养的。目前来说,无论是锂电还是燃电都不能完全取代燃油车的地位,但是能源形式的变化浪潮我们需要与时俱进,单纯的从市场或者技术本身判断其可行性都是片面的。(行业分析师王熙大)

观点2:个人觉得,氢燃料完全无法取代储能电池技术。很多人在讨论氢燃料电池技术的发展,但是却忽略了这种技术是否为市场所接受。就像当年爱迪生坚持直流发电和传输,技术不会差,但是最后败给了特斯拉的交流电技术。

观点3:关键问题是还没有获得技术突破,催化剂成本没下来,和锂电池对比成本明显高。日本搞了很长时间,他们进行大规模商用了?特斯拉为什么搞几千个松下18650装车上,不用燃料电池?如获得突破有大规模商用推广可能性,这些器件或者配套设备都不是问题。

观点4:从技术角度来说,三元、固态,理论上能量密度和可持续性比较低,未来发展燃料电池的能量密度是可以跟传统燃油车相比的,但由于燃料电池发展投资高,产业链也很长,所以必须从国家顶层设计、能源角度、战略角度和安全角度考虑。

观点5:氢燃料电池主要的成分是氢,在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染。锂离子电池因含有重金属镍、钴、砷等有毒污染物,所以必须要进行回收处理。此外,氢燃料电池在衰减、能效转化、易维修程度等多方面有着显著优势。

安全派

观点1:自从总理从日本回来,感觉风向就变了,想想未来马路上跑的都是无污染的清洁汽车,确实有点期待和兴奋。只是安全问题还是不容小觑啊!

观点2:燃料电池由于原料氢气易燃易爆,市场普遍担心其安全性问题。但业内专家表示,从氢气的特性、储运过程、燃料电池车辆的安全设计、事故和极端情况下的车辆安全、加氢设施的安全规范5个角度全面分析了氢气的使用安全问题,结论是:氢气安全性并不差,足以媲美传统燃料和锂电。而且现在车用储氢装置都采用碳纤维材料,在80km/h速度多角度碰撞测试中都可以做到毫发无损。

观点3:加氢站大规模储存的不是氢,是甲醇,安全性并没大问题。

支持派

观点1:从国家的扶持力度就可以看出未来的发展趋势,氢燃料电池从耐用性和环保方面必将取代锂电池,在未来的几年内必然是电动车市场蓬勃发展的时期。

观点2:氢燃料作为一种零排放、无污染的新能源,是国家实现节能减排和促进汽车产业发展的必然选择。建议由国家层面统筹规划,将氢能从国家发展重点方向升级为国家发展战略的层面,做好顶层设计,促进氢能产业健康发展。(全国人大代表、奇瑞汽车股份有限公司董事长尹同跃)

观点3:我国急需加强氢能源基础设施尤其是加氢站的建设发展,理顺整个氢燃料电池汽车产业生态链,以此推动我国氢燃料电池汽车产业健康、快速发展。(全国人大代表、长城汽车副董事长、总裁王凤英)

分析派

观点1:燃料电池汽车的优势显而易见,但高压储氢是其推广的瓶颈,不宜盲从,需合理布局。燃料电池汽车只是氢能产业的一部分,还有很多其他事情可以做,需要做。(海外华人科技组织联合会专家顾问委员会材料科学委员会专家李海文)

观点2:氢能产业的发展是一个系统工程,单纯靠市场和企业无法完成,要充分发挥体制优势,因此国家顶层设计尤为重要。可参考国际有效的氢能项目管理机制,从材料到运输、加氢到运行的全生命周期,进行清晰、规范、系统化的顶层设计。

观点3:燃料电池从根本上来说其实并不适合用于汽车,这里有各方面的原因,比如说氢气罐的存放、加速性能等。更适合储能,特别是国内弃风弃光以后的负电价。(海外华人科技组织联合会专家顾问委员会材料科学委员会专家施远)

观点4:氢能产业未来要重点解决以下问题:一是产业化、商业化进度较慢,一些关键技术与国外还存在差距,产业链较为薄弱、工程化的能力还须提升;二是在基础设施方面,制氢、供氢、加氢的系统先进性有待提升,制氢成本亟待降低;三是要加强企业主体作用、提升技术标准和检测体系,同时加强国际合面。

观点5:氢燃料电池的未来也与基础设施建设息息相关,不能只看一端。国家政策倾斜是好事,说明有引导。但未来能否发展其重点依然是产业上的发展方向。没有配套建设,没有产业发展,一切都是空话。(行业分析师何欢)

观点6:目前氢燃料在车用产品上,市场尚未形成规模,主要依赖国家补贴的推动。对我国而言,氢能的主要来源应是可再生能源,同时可再生能源也需要氢能进行储能,二者相互需要,只有这样,氢能才真正具有战略意义。最终的集中储能应是氢能,氢气也可直接进入输送管道,这是集中式、大规模、长时间可再生能源储存的最佳方式。

总结

我国在氢燃料电池的发展上有一定的优势:(1)我们有丰富廉价的氢能资源,非常适合于引领全球。(2)国家政策倾斜,补贴力度很大。

但也有一定的不足:(1)产业链不完整、不配套。中国的氢能是从小公司开始的,几乎全是创业企业,从技术部门发动的。现在大企业进来时间还很短,不同于日韩的大公司起步,所以我们产业链不完整、不配套,成本降不下来,一个进口的空压机几乎相当于先进技术国整个动力系统的成本。(2)关键零部件和产品的差距大,动力系统的膜电极、空压机、氢泵以及储氢瓶、加氢枪和软管等加氢站的关键部件都是进口,对高压氢用材料也没有进行深入研究,安全性隐患巨大。

氢燃料电池要想成为真正的颠覆性技术,还需要降低成本、提升性能,亟待发展的不仅仅是氢燃料电池本身,还需要整个动力系统包括相关零部件的协同合作,这是一条漫漫长路,需要我们不断努力去攻坚。
 

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