锂电池、燃料电池和超级电容 谁是新能源车电池最终归宿?

前瞻网 吴修乾

自全球面临能源危机、环境污染等问题以来,新能源汽车就担当了解决上述问题的大任。但从全球各国的推广情况来看,不尽理想。除了基础设施建设满足不了市场的需求外,新能源汽车电池技术是制约发展的主要因素。

对于消费者而言,新能源汽车的续航里程是重要的考量因素。从目前来看,在实际应用中,续航里程最长的就是特斯拉Model S电动车,最大续航里程502公里,换算能耗为169瓦时/公里。虽然北京鸿远蓝翔电动汽车技术公司对改装的夏利N7进行试验,一次充电持续行驶了682公里,国产车换算能耗为101瓦时/公里,大大低于特斯拉,但是只是试验数据,还没有商业化量产。其他新能源汽车的续航里程远低于特斯拉的水平。

而电池又是制约新能源续航里程的重要因素。目前,新能源电池的发展方向有三个:锂电池、燃料电池还是超级电容。从目前的应用情况来看,应用最广泛的就是锂电池,其次是燃料电池,超级电容电池还处于理想化阶段。

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锂电池

对于锂电池而言,根据材料的不同又分为磷酸铁锂电池、钴酸锂电池与三元聚合物锂电池。

多数电动汽车应用的是磷酸铁锂电池,如雪佛兰Volt、日产Leaf、比亚迪E6等。这种电池技术成熟、安全,但缺点是能量密度,导致电动汽车的续航里程短,难以满足消费者的要求。除此之外,磷酸铁锂电池合成反应复杂,造成电池一致性问题难以解决,另外,磷酸铁锂电池制造过程需要有还原气体,导致其材料的制造稳定性和精确性很难控制;零度气温以下磷酸铁锂电池有放不出电的现象,影响车辆的使用。

应用钴酸锂电池与三元聚合物锂电池的主要是特斯拉电动车,其Roadster电动车采用钴酸锂电池,Model S采用的是三元聚合物锂电池。对于钴酸锂电池而言,虽然能量密度大,但安全性较低,且成本高。以特斯拉为例,其电池成本占到整车的一半。因而,特斯拉采用了能量密度高但成本更低的三元聚合物锂电池。

燃料电池

除此之外,燃料电池也是各大汽车制造商重点投资的领域。氢燃料作为能源的突出特点是无污染、效率高、可循环利用。而氢是一种无色的气体,燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量,是汽油发热量的3倍。它燃烧的产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境,因此氢作为燃料被认为将会成为21世纪最理想的能源。

近几年,欧美日等地在政府大力扶持下,在氢燃料汽车研发方面均取得了一定成就,包括奔驰、通用、丰田等巨头企业更是纷纷布局。日本政府正在本国内大力推进氢燃料电池车的发展。根据《新成长战略》规划,日本政府提出以下目标:包括氢燃料电池车在内的下一代环保车市场份额,将从2013年的约23%提升至2030年的50%~70%。同时,为氢燃料电池车提供补贴,2025年使其售价与混动车持平,统一标准与国际接轨以促进其海外销售等举措被列为重点实施项目。

2014年7月,在东京召开氢燃料电池车(FCV)开发状况的说明会上,丰田公司加藤光久副社长表示在2014年内将向市场推出轿车型的氢燃料汽车。6月,现代氢燃料电池车日前首次在美国南加州出售,意味着量产氢燃料电池车开始在美进入商业发布阶段。本田公司也将在2015年推出燃料电池车。

但是氢燃料电池也存在一定的劣势。燃料电池生产成本很高,而加氢站的建设甚至比锂电池电动汽车的充电站更难。除此之外,氢气有爆炸的隐患且氢气来源渠道有限。上述原因都制约了氢燃料在市场中的应用。

超级电容

而对于市场前景更广的超级电容而言,理论上较锂电池与燃料电池更优异。有人预测,传统电动汽车的电池已经过时,未来以超级电容器为动力系统的新型汽车将取而代之。其优点首先是充电速度超快,别管多大容量,只要电流够,一两秒就能充满;其次是耐充,几十万次没问题,而且能量不衰减;第三是放电速度极快,或者说能够承载的功率高,这也是电池所不能比的;第四,效率高。由于是物理变化,它的能量转换效率远非化学变化的电池可比。

但超级电容也有自身的缺陷:一个是安全性,过快的放电速度和过低的内阻,如果设计不好的话,本身就蕴含着“能量突然大爆发”所隐藏的风险。二是较低的工作电压,制约了它在驱动汽车上的应用。

前瞻网新能源汽车行业报告分析认为,从上述三种电池的对比来看,在短期内仍然以锂电池为主,并将呈现锂电池与燃料电池并驾齐驱的现象。而对于超级电容,在短期内很难替代锂电池,从技术上看,超级电容与锂电池各有其性能特点,未来将锂电池与超级电容组合的技术将成为市场主流。

来源:前瞻网

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