燃料電池汽車規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵點！
日期：2024-10-16 11:20:16 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：509今年夏天很多人想必都快被高溫逼瘋了!所有經(jīng)歷過今年夏天的人或許都會有這么一個感覺：感覺一年比一年熱了!
通過了解發(fā)現(xiàn)，越來越熱的地區(qū)不單單只有中國，全球大部分國家地區(qū)都經(jīng)受著溫度越來越高帶來的高溫風(fēng)險。
可以說，地球越來越“燙”了!到底什么原因?qū)е逻@種情況?
碳排放的不斷加劇導(dǎo)致全球變暖現(xiàn)在已經(jīng)成為了無可爭議的事實，根據(jù)IPCC(聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會)去年10月份在韓國仁川發(fā)布的《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》，目前全球氣溫較工業(yè)化前水平已經(jīng)增加了1攝氏度;全球升溫1.5攝氏度最快有可能在2030年達到。
報告同時指出，如果在21世紀(jì)末大氣中二氧化碳的濃度增加1倍，大部分陸地的平均溫度將上升4～5℃，海平面將上升10至90cm甚至更高。
溫度每上升1℃，對全人類將存在巨大的風(fēng)險。
碳排放主要源于能源的消耗，能源的消耗又包含發(fā)電、工業(yè)排放、交通排放等。
公開資料顯示，交通運輸行業(yè)在全球氣候變化中起到了重要的作用，而交通工具的碳排放占據(jù)了全球總額的23%左右。
隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，中國已成為全球最大的碳排放國，美國位居第二!而且中國目前是全球第一大汽車市場。
據(jù)統(tǒng)計，截止到2018年年底，我國機動車總數(shù)達到了3.27億輛，其中小汽車的保有量大約為2.4億輛，美國為2.64億輛，日本為0.74億輛。
可見降低交通領(lǐng)域的碳排放是降低整體碳排放的關(guān)鍵一環(huán)，那么如何降低?
燃料電池汽車是降低交通碳排放的關(guān)鍵
公眾認(rèn)為，汽車碳排放量巨大主要由于目前汽車大部分為燃油車所致。
根據(jù)一項最新發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究報告顯示，如果全世界大規(guī)模的使用新能源汽車，那么到2050年的排放量可以減少50%。
碳排放量不斷增加的現(xiàn)實下，全球各個國家均大力推廣新能源汽車產(chǎn)業(yè)，將新能源汽車的發(fā)展作為降低交通領(lǐng)域碳排放的重中之重。
傳統(tǒng)燃油車的逐步退出是一個不可逆轉(zhuǎn)的全球性趨勢。
2017年以來，為了緩解碳排放的壓力和氣候變暖的問題，西方歐洲國家已紛紛制定了禁售燃油車時間表。
英國和法國計劃2040年禁售燃油車，德國和印度計劃2030年退出燃油車，荷蘭和挪威的新能源汽車發(fā)展較快，計劃最早將于2025年退出燃油車。
我國目前還沒有出臺詳細(xì)的退出計劃，但是工信部已多次提到，中國已啟動研究制定燃油車退出時間表，因此我國燃油車的退出只是時間問題。
在我國政策的大力支持下，中國已經(jīng)成為了全球最大的新能源汽車市場。
根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2018年，汽車產(chǎn)銷分別完成2780.9萬輛和2808.1萬輛，新能源汽車的產(chǎn)銷分別完成127萬輛和125.6萬輛。
在所有新能源汽車中，大部分為純電動汽車，占到了總量的78%，由于我國特殊的能源結(jié)構(gòu)，電動汽車雖然看似使用的是電，并不排放二氧化碳，但是電池的電力大部分來自于火電。
根據(jù)國家能源局發(fā)布的《2018年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)》顯示，雖然清潔能源發(fā)電量比重逐年提高，從2012年的21.27%上升到了2018年的29.69%，但是火電發(fā)電量仍占70.92%的比例。
隨著清潔能源在我國的進一步發(fā)展，清潔能源電力占比會逐步上升。
雖然隨著清潔能源發(fā)電比例的上升，純電動汽車會不斷擺脫電力來源不是完全清潔的“帽子”，但是目前純電動汽車發(fā)展出現(xiàn)了“致命瓶頸”，就是續(xù)航里程。
電動汽車目前使用的電池已鋰電池為主，續(xù)航里程由能量密度決定，根據(jù)其電池的物理化學(xué)特性，能量密度很難實現(xiàn)進一步巨大提升，因此純電動汽車比較適合城市內(nèi)短里程場景。
燃料電池汽車由于其電池的特性，非常適合長里程場景，目前我國新能源汽車在長里程這一場景下的應(yīng)用非常不足，而且更重要的是，如今大部分的長里程汽車為柴油車，長里程場景是碳排放的重要部分， 燃料電池汽車是未來新能源汽車長里程的解決方案，而且是真正的零排放，因此是未來降低我國交通碳排放量的關(guān)鍵。
但是2018年燃料電池汽車產(chǎn)銷總計才1527輛，占新能源汽車總量僅為0.1%，整個新能源汽車占我國汽車市場的比例也僅為4%。
因此未來，燃料電池汽車對于降低交通領(lǐng)域碳排放的空間很大。
燃料電池汽車大規(guī)?；臄r路虎
汽車的規(guī)?；馕吨嬲耐耆虡I(yè)化。當(dāng)前燃料電池汽車商業(yè)化比較困難，人們認(rèn)為其難點主要為成本高、基礎(chǔ)設(shè)施不夠、儲運環(huán)節(jié)受制約等造成。
但是有一個關(guān)鍵點是人們很容易忽視的，那就是低溫性能。
隨著我國人民的生活水平的提高，對生活舒適和物質(zhì)的需求也隨之升高，其中表象之一就是私家車的購買量逐漸提高。
由于我國地域面積廣闊，因此南北溫度差異較大，在我國對汽車使用影響最大的就是低溫氣候。
在寒冷季節(jié)，我國大部分地區(qū)的最低溫度在0℃以下，特別是北方區(qū)域，溫度可以達到-20℃，甚至?xí)霈F(xiàn)-30℃、-40℃的溫度。
無論是燃油汽車、純電動汽車還是燃料電池汽車，在低溫下其性能肯定均會受到一定影響。
燃油車經(jīng)過了上百年的發(fā)展，溫度適應(yīng)范圍非常寬，低溫性能相對較好。
純電動汽車在低溫環(huán)境下性能大幅下降是眾所周知的一件事。
在低溫下，鋰電池電解液會變得粘稠甚至凝結(jié)，會導(dǎo)致充電效率大幅降低，因此會導(dǎo)致續(xù)航降低。
根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在低溫環(huán)境下，比如我國東北地區(qū)，電動汽車行駛續(xù)航里程最多縮減44%。
如果溫度繼續(xù)降低，電池內(nèi)部的電解液就變得更加遲鈍，電動汽車在短時間的低溫環(huán)境下雖然會有一定影響，但不是致命的。
如果長時間在低溫環(huán)境下使用，或者在-40℃低溫下時，鋰離子電池可能會被“凍壞”造成永久損害。
美國汽車協(xié)會(AAA)研究顯示，15-26℃之間是電動汽車運行最合適的為溫度。
燃料電池汽車中的核心燃料電池，在無特殊處理或輔助工具的情況中，在低于0℃的工作環(huán)境下，陰極側(cè)反應(yīng)生成的水易結(jié)冰導(dǎo)致催化層、擴散層堵塞，阻礙反應(yīng)的進行，并且水結(jié)冰產(chǎn)生的體積變化也會對膜電極組件的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，降低燃料電池性能。
雖然低溫下純電動汽車和燃料電池汽車均會受到一定影響，但是汽車作為一項常用出行工具，其能被廣泛使用的一個關(guān)鍵就是其便利性。
因此汽車的啟動性能對于汽車的綜合使用體驗是一項非常重要的環(huán)節(jié)，如果啟動環(huán)節(jié)就非常慢，何談便利，勢必會影響到用車體驗。
純電動汽車在低溫時蓄電池產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)會變慢，充放電效率大幅下降，因此電池的蓄電能量受溫度的影響比較大。
溫度高的時候存電能量高，低溫的時候就變低許多，在不同的溫度下，提供的啟動能量差別很大。因此低溫啟動性能就成為衡量電池可靠性的一個標(biāo)準(zhǔn)。
目前，我國燃料電池汽車低溫性能方面的主要問題就是冷啟動耗費的時間比較長。
燃料電池汽車低溫冷啟動是指可在0℃以下的溫度中成功起動，并可將燃料電池內(nèi)部溫度迅速提升至70~80℃以滿足正常運行的性能。
目前我國燃料電池汽車低溫冷啟動與國外還存在比較大的差距。我們拿現(xiàn)在最成熟的豐田Mirai燃料電池汽車為例。
2014年，國外的一家測試公司對日本豐田生產(chǎn)的燃料電池汽車Mirai做過一項冷啟動實驗。將一臺豐田Mirai停放在室外一個晚上(17個小時)后啟動。
結(jié)果顯示，車輛起動35秒功率為60%，車輛起動70秒功率達100%。
我國相關(guān)機構(gòu)曾對宇通燃料電池客車進行過低溫環(huán)境的冷起動實驗，實驗表明燃料電池在-20℃環(huán)境中冷凍超過20小時后，需要經(jīng)過在15分鐘后才能成功安全起動。
目前，國外在燃料電池汽車?yán)鋯蛹夹g(shù)方面處于領(lǐng)先地位。豐田Mirai、本田Clarity、現(xiàn)代NEXO均可以做到-30℃低溫快速啟動，國內(nèi)僅能在-20℃～-10℃溫度條件下才能實現(xiàn)快速啟動。
我國北方很多地區(qū)在冬天溫度低于-20℃，因此如果燃料電池汽車未來要想在我國進行全國性規(guī)?；陌l(fā)展，必須要進一步提高燃料電池汽車的低溫適應(yīng)范圍，提高低溫啟動性能，保證燃料電池汽車的使用便利性。
燃料電池冷啟動技術(shù)現(xiàn)狀
當(dāng)前，包括豐田、本田在內(nèi)的大部分類型的燃料電池汽車，提高燃料電池汽車低溫啟動性能的方法主要有吹掃、加熱和保溫。
其中吹掃又包括駐車吹掃、真空吹掃、氫陽催化吹掃、陽極空氣吹掃和可變流量吹掃;加熱包括冷卻液加熱、端板加熱、陰極空氣加熱、增加濃差損失和氫氧催化加熱;保溫包括相變材料保溫、真空隔熱保溫和電熱絲加熱保溫。
以上三種提升燃料電池低溫啟動性能方法中所包含的子方法大部分屬于輔助方法，大多數(shù)燃料電池系統(tǒng)冷啟動均是通過輔助方法來提高燃料電池汽車低溫性能。
但是輔助性冷啟動會增加系統(tǒng)的體積和重量，同時會增加操作的復(fù)雜性和附加成本。
而且也存在一些隱性問題，比如吹掃會涉及到吹掃過程是否安全的問題，加熱會涉及到能量消耗的問題，保溫方法涉及無法保證啟動效果的問題。
目前各國以及各企業(yè)仍然在進行不斷的深度研究，解決當(dāng)前冷啟動主要依靠輔助方法來提升燃料電池汽車?yán)鋯拥膯栴}。
燃料電池汽車的大規(guī)模發(fā)展一定要解決低溫冷啟動的難題，逐步突破無輔助熱源冷啟動。