氫燃料電池和鋰電池并非水火不容
日期：2024-10-16 13:12:12 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：461雖然現今氫燃料電池真實市場極低，僅日本、韓國、歐洲等為代表的少數國家和汽車廠商對它青睞有加，但在與鋰電池之爭中它卻存在感十足。這是因為相比鋰電池，氫燃料電池有著補給時間短、“零污染”、續(xù)航里程高等決定性優(yōu)點。
一個是肆無忌憚的享受著如天空般廣闊的電動汽車市場的弄潮兒，一個是隱于市不輕易示人的絕世高手，江湖上這么定義它們。
鋰電池不完美，燃料電池不接地氣
在市場角逐中，鋰電池當然會勝，畢竟后者有著扎扎實實的百年發(fā)展歷史，市場成熟度要比氫燃料電池高得多。就拿基礎設施修建成本來說，鋰電池充電站的成本要比燃料電池低得多。比如一座特斯拉超級充電站的修建成本大約為30萬美元，而一座加氫站的成本卻高達100~200萬美元。
雖然近些年來高成本的燃料電池汽車已經開始有了大幅度的下降，甚至已有豐田Mirai(氫燃料電池車)這樣售價僅為26萬元(起)的產品出現，但整體來說還是價格過高。鋰電池汽車就不一樣了，相比前者它的價格簡直不能再感人，某些國產車型不說，單是溢價加身的特斯拉都能下探到3.5萬美元區(qū)間(Model 3)。
按理說，到這里氫燃料電池和鋰電池的斗爭應該告一段落了，但人類的里程焦慮癥卻幫了氫燃料電池一把。比如現代推出的新一代氫燃料電池汽車FCEV，一次充電里程可高達580公里，要知道強如特斯拉Model S 100D(增程版本，全球最長續(xù)航的量產電動汽車)，其續(xù)航里程也不過539公里，更不用談大多數車型還在300公里的瓶頸上掙扎了。
有如此高續(xù)航里程的表現并不是他們用了什么神奇藥水，事實上這是其一貫風格，比如本田Clarity的續(xù)航里程為589公里、豐田Mirai的續(xù)航里程為483公里。都不是省油的燈。
很明顯，鋰電池不完美，燃料電池不接地氣。而在不完美和接地氣的選擇上，多數國家和汽車廠家并沒有猶豫太久就投入了鋰電池的懷抱，也難怪鋰電池被推倒了風口浪尖。
但這并不代表全部，因為燃料電池和鋰電池并不是天生應該站在天平兩端的競爭者，畢竟就原理上說，氫燃料電池屬于能量轉化裝置，鋰電池屬于儲電裝置，更何況混合動力汽車都已經大行其道了，汽油機和電機都能友好共處，為什么氫燃料電池和鋰電池就不能了?
再說了，優(yōu)勢互補下氫-電混合能通過鋰電池解決電動汽車的電控問題，還能通過氫電池解決電動汽車的續(xù)航問題，何樂而不為。
這并不是空穴來風，在第67屆法蘭克福國際車展開幕前夕，奔馳公司放出了一枚重磅“炸彈”，宣布推出首款插電式氫燃料電池混合動力車GLC F-CELL。
該車以氫燃料電池和鋰電池共同作為能量來源，載有4.4公斤氫燃料，最大續(xù)航里程可達437公里，配合使用9kWh鋰電池還可續(xù)加近50公里程。在奔馳眼里這是“通往零排放駕駛道路上的里程碑?！?/p>
當然這并不是“尬混”，奔馳巧妙的設計了三種電池模式：混動模式、燃料電池模式和電池模式。在混動模式下，汽車從氫燃料電池和鋰電池獲得動力，能量提供方式由電腦調配。當駕駛人想要預留鋰電池電量以備特定駕駛需要時，可僅使用氫燃料電池提供能源。相應的，在電池模式下，燃料電池系統(tǒng)停止工作，車輛完全由高壓電池提供能源。
為了緩解充電/能源補給焦慮，該車兩個碳纖維儲氣罐加氫時間在3分鐘內，并采用了插電方式，充滿電用時約1.5小時。
就乘用車領域奔馳并不孤單，比如今年日內瓦車展上展出的正道汽車，使用了石墨烯基鋰電池作為主要動力源，并可選裝零排放的氫燃料電池系統(tǒng)增程器，和奔馳GLC F-CELL有著異曲同工之妙。
氫燃料電池混合動力車優(yōu)點
在定性問題上，氫燃料電池混合動力系統(tǒng)歸于串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一類，我們可以把它簡單理解成是將內燃機和發(fā)電機換成燃料電池的一種技術。
雖然奔馳沒有詳細解釋他們的氫燃料電池混合動力車能量調配方式，但就一般來說這種組合帶來的優(yōu)勢不僅僅是續(xù)航里程提高、多種能量可選這么簡單。
事實上這種組合還能帶來一些意想不到的好處，比如我們知道燃料電池存在動態(tài)響應速度慢的問題，當車輛的運行狀態(tài)在極短的時間內發(fā)生急劇變化(比如起步、急加速)，動力系統(tǒng)往往無法滿足車輛所需的功率。另外，受冷啟動特性的影響，在低溫下啟動時，燃料電池存在啟動時系統(tǒng)效率低、啟動速度慢的問題。
面對這些亟待解決的問題，鋰電池就派上了用場。由鋰電池提供車輛啟動、加速、減速等非穩(wěn)態(tài)下所需的大功率，而燃料電池則用來提供穩(wěn)定工況下的輸出功率。
少讓燃料電池干自己不擅長的，還能大大提升氫燃料電池的使用效率以及使用壽命，鋰電池和氫燃料電池的組合一拍即合。
氫燃料電池混合動力并非奔馳獨創(chuàng)
嚴格來說，氫燃料電池混合動力并不是奔馳的獨創(chuàng)，比如國內外已經有不少客車也使用了燃料電池混合動力系統(tǒng)，只不過他們的動力電池選用的是蓄電池或超級電容(奔馳使用的是鋰電池作為動力電池)。
比如就在不久前由“十二五”國家科技支撐計劃支持的“燃料電池/超級電容混合動力100%低地板有軌電車研制”項目就取得了重大成果，研制了具有自主知識產權的世界首列氫燃料電池/超級電容有軌電車并投入商業(yè)運營。這款由中車唐山公司研制的有軌電車，最高時速70km/h，一次快速加氫僅需15分鐘，可持續(xù)行駛40公里。
而關于鋰電池和蓄電池、超級電容之間的斗爭則是另一段故事了，但就乘用車而言，鋰電池在這三者間是當今最佳的選擇。比如雖然馬斯克對超級電容給與了好評(超級電容充電速度快，10秒~10分鐘即可充滿)，但身體卻很堅定地選擇了鋰電池(先后使用與松下聯(lián)合研發(fā)的18650、21700型鋰電池)。
小結
關于氫燃料電池還是鋰電池的爭論還會持續(xù)下去很長時間，畢竟就現今來說電池系統(tǒng)呈現的是百花齊放百家爭鳴的態(tài)勢，很難說哪一種產品將會主宰未來。我們今天聊到的氫燃料電池混合系統(tǒng)，作為及大家之所長的技術，它兼顧了鋰電池的快速積極和氫燃料電池的超高續(xù)航的優(yōu)點。
雖然這項技術的量產化之路還遍布荊棘，但并非不可戰(zhàn)勝，至少奔馳和正道已經有了實際產品。退一步說，即便不和鋰電池搭伙，氫燃料電池混合動力系統(tǒng)還是有著極高的生命力。也許在未來，我們不會爭論選擇氫燃料電池還是鋰電池，而是這二者將會以怎么樣的方式進行合作。