新能源汽车燃料电池技术应用(新能源汽车氢燃料电池优缺点)

埃隆马斯克曾经这样评价氢燃料电池“非常愚蠢，更像是一种营销策略，而不是新能源汽车的长期解决方案”。，他的评价有道理吗？氢燃料电池真的有这么不堪吗？他所使用的锂电池就一点毛病没有吗？今天就来简单讨论一下，顺便再拉一种新的电池杀入战局—固态电池。

首先说，今天用得最多的锂电池。本质上它就是我们的手机、相机、笔记本电脑等等这些移动电子设备里面的电池的放大版本，只是放大的不单是体积，还有数量。跟使用单个单元的小电池相比，电动汽车里面的锂电池，是将数千个这样的小单元捆绑在一起形成的一个容量更大的组合体。因此，才能够驱动汽车这样的大家伙，和传统的铅，酸镍铬电池比起来，锂电池的能量密度要高很多，所以不仅能够储存下更多的电量，连使用寿命都要长得多，于是就非常适合拿来作为新能源汽车的能量供应源了。

今天，很多充满一次电的锂电池电动汽车，已经基本上能够跑过跟加满一箱油的燃油汽车差不多的里程了，这么看起来是美好的。但是，它也有天然缺陷，最大的一个问题就是安全性，锂电池的稳定性其实并不是可充电电池技术里面最高的，它怕高温，它怕过充，它怕过放，它还很怕碰撞，因此，他们就需要更高的保护级别，不仅是物理上的盔甲保护，还包括系统上的电子保护。每一个锂电池，都需要有专门的保护电路，以确保他们能够在安全范围内去运行。这些就势必增加了整个系统的成本，复杂程度和重量，成为锂电池的一大缺点。

因为这个大缺点，其他的一些小缺点也冒了出来了，比方说这样的电池更难回收，他们的轮胎会因为重量的增加而更快地被磨损，开发周期也因为要考虑1/3车重的电池该如何平衡分布而拉的更长等等。另外，尽管锂电池已经拥有不错的生命周期，但是随着时间的推移，其充放电的性能也会下降，而且这跟你用多用少还关系不大，即使摆在那儿不用，它的性能也照样会往下掉的。当然最后一点就是所有人都绕不开的里程焦虑，再怎么样，锂电池的容量还是有限的，还是跑得不够远的，短途开还行，要是跑长途，就得要再认真考虑考虑了。

那开长途，就真的没有享受清洁能源的资格了吗？不是还有氢燃料电池驱动的电动车吗？尽管马斯克说它非常愚蠢，但其实它有一些优势是远超锂电池的，比方说能量密度，压缩氢气拥有高达4万瓦时每公斤的能量密度，而锂电池，对比起来最好的情况下也只有可怜的278瓦时每公斤，仅仅只是前者的0.7%都不到。这意味着使用氢燃料电池的汽车可以在不增加很多重量的情况下，带来更大的续航里程，再加上，它是加氢而不是充电的，因此可以获得像是加油那样的时间优势，彻底的就没有里程焦虑了。既实现了100%的绿色环保，还没有一点的里程焦虑。它会不会才是新能源汽车真正的未来呢？

只看好处，当然是这样，但是等我们绕到它的背面，就不仅要感叹一下为什么马斯克如此不待见氢燃料电池了。有人会说安全是他的头等问题，这个不假啊，氢气具有相对较低的燃点以及非常宽的空燃比，是一种自带危险的气体，尤其是考虑到这里用的还是它的压缩状态。但是，可能让你感到意外的是，跟汽柴油这类石油衍生燃料比起来，它却拥有一个巨大的优势。它重量轻，它大大地轻过了空气，所以就能够在发生火灾时，通过打开紧急限压阀，快速地将它吹到空气当中，即便此时它被点燃了，也会像一个大火机一样对着天空去燃烧，并不会伤到周围的人和车的。

实际上丰田甚至还用子弹射过他们的氢气罐，结果跟电影里面子弹打进油箱的效果彻底不同，没有爆炸，没有燃烧，仅仅只是让比空气更轻的气体通过弹孔逃逸到了空气当中而已。所以这么看起来，安全性并不是氢燃料电池的一个大问题。那什么才是？是成本，是效率，是它到底绿不绿色了？先说成本，虽然氢是这个宇宙当中储量最为丰富的元素，但是，它基本上是不会单独存在的，而是跟水碳氢化合物，比如甲烷，还有其他的一些有机物结合在一起。因此要把它作为燃料，首先第一步就是要将它从这些化合物当中提取出来了，可惜，这些过程要么根本就谈不上绿色，要么花费高昂，要么效率低下。

目前大部分的氢气，都是通过一种叫做蒸汽重整的过程来制造的，它通过将高温水蒸汽同天然气结合来将其中的氢气提取出来。这种方法一是排放了大量的废气，所以并不环保，二是浪费了大量的热量，所以非常低效。如果把它作为燃料用到氢燃料电池当中，那还不如直接在汽车里面烧天然气好，绿色和效率都没有占到，为什么还多此一举呢？那就试试第二种方法，电解水产生氢气如何？这次咱们用来自绿色能源的电，比如太阳能、风能等等，环保就没问题了，可是它也照样效率低，大约有30%的能量在转换的过程当中呢，就损失掉了，因此拉高了成本。再加上大规模的建设基础设施，建设加气站，建设输气管，或者建设分布式的氢气生产车间，都是要花很多钱的。平摊下来，现在的结果就是它每开一公里，就要比锂电池汽车多花八到十倍的钱，它基本上就谈不上什么经济性了。

最后还有效率的比较，刚才我们已经提到，在用电解生产氢的过程当中，大约有30%的损耗。其实，总的损耗远不止如此，压缩氢气时的损耗，储存和运输时的损耗，电池内部的转化损耗，直流交流的切换损耗等等。这些即使在最好的情况下，氢燃料电池最后也只能输出其原先1/2还不到的效率，可比锂电池要低得多，所以它前面的路还很长。

马斯克可以继续正确一阵子了，但是也不能掉以轻心，因为一项新的电池技术很可能要来砸他们的饭碗了。固态电池，其实也算不上新，因为固态电池早就在一些小型的电子设备上使用了。只是以前，他们不好充电而已。把固态电池用在新能源汽车上有什么好处呢？第一，由于它使用的电解质换成了固体，所以体积上大为缩小，只有锂电池的一半左右，在同样的空间里面，可以装进去两倍的电池，从而带来了翻倍的续航里程，很大程度上就缓解了里程焦虑的问题。

其次，由于没有液体，它很安全。即使被破坏也不容易引发危险，于是保护措施，就能够大大减化，带来实质性的减肥瘦身了。成本下降，重量下降，既可以让电动车轻装上阵，也可以在原本的基础上装上更多的电池，带来不可思议的续航能力。总之，灵活性大大增加了。最后，其充电效率更高，因此充得更快，其使用寿命更长，因此能够覆盖汽车的整个生命周期等等。是不是新能源车的梦想伙伴呢？当然是的，只不过它离大规模生产和使用，还是有距离的，科学家和工程师还在寻找更好的固态电解质材料，而在这之后，生产商还要想尽一切办法来降低它的成本，如此才能最终被市场接受。不过电动汽车的未来，是越来越光明了。

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