氢燃料动力锂离子电池和锂离子电池未来前景及优缺点比较

你了解为何这个国家正在推广氢燃料动力锂电池吗?假如我们没有锂离子电池，为何我们要氢燃料动力锂电池呢?哪一个更好?其中哪一个可能是未来的权力方向?

氢燃料动力锂电池和锂离子电池分析

近几十年来，尽管各国大力推广电动汽车，但电动汽车的比例仍然很低，不到1%。其核心是过去所有的电动汽车都违背了提高功率密度的重要逻辑。即使是最新一代的锂离子汽车，其能量密度低至汽油的1/40，也慢了10倍。但是燃料动力锂电池的出现从根本上改变了这一点。以氢气为原料，底座的能量密度是汽油的3倍，发动机的功功率是内燃机的2倍，实际密度是汽油的6倍，具有明显的优点。,从一百年人类昨天包的动态演化,其实质是烃的历史比调整,氢含量越高,能量密度越高,未来动力转向氢从碳是时代的潮流,所以选择氢燃料动力锂电池更能代表历史的方向进行之前,的根底有望成为下一代的能力。

汽车的功能包括续航能力、充电/充氢时间、输出功率和安全性等。燃料动力锂电池的能量密度远远高于锂离子电池，而相应的电池容量、快速充电能力和续航里程都具有天然的优点，甚至可以与拥有锂离子电池的顶端豪华车特斯拉相比。但其功率密度不高，最大输出功率取决于辅助动力锂离子电池系统，相应的最高速度和100km加速目标与锂离子电池并无不同。为了便于比较，我们选择当前主流的2L排量汽油车、相应的45度锂离子电池车和输出功率为100KW的燃料动力锂电池车作为分析基准。

能量密度比较

锂离子电池作为电池的一种，是一个封闭的系统。电池只是一个能量载体，所以必须提前充电才能运行。它的能量密度取决于电极数据的能量密度。由于负数据的能量密度远高于正数据的能量密度，提高能量密度要正数据的不断发展，如铅酸、镍、锂离子电池等。但是锂现在是金属元素中最小的原子。一个更好的正极理论上要一个纯锂电极，但它的能量密度只有汽油的四分之一。因此，锂离子电池能量密度的提高受到理论瓶颈的限制，空间十分有限。从目前的160Wh/KG到300Wh/KG，最多也就是燃料动力锂电池的1/120，而燃料动力锂电池在起跑线上就已经丢失了。

体积能密度比较

氢燃料动力锂电池的重要缺点是它的能量密度不高。在目前700个大气压的压力模型下，按体积计算的能量密度是汽油的三分之一。还可运行300公里，燃料动力锂电池储氢罐容积为100L，元件为30KG，相应的汽油罐容积为30L，但电动机的容积比内燃机的80L，总体容积差异不大。锂离子电池汽车分为三元和磷酸铁锂两种主流技术道路，代表公司为特斯拉和比亚迪。三元能量密度较高，但安全性较差，要辅助安全维护设备，两种电池之间的距离要运行300公里是140L和220L，组件是0.4吨和0.6吨，远远高于燃料动力锂电池。展望未来，假如储氢合金和低温液氢储存技术能够突破，燃料动力锂电池体积能量密度将分别新增1.5倍和2倍，优点将更加明显。

功率密度比较

燃料动力锂电池本质上可以理解为一种以氢为基础的化学发电系统，因此输出功率相对稳定。为了最大限度地提高放电功率，必须新增电源电池系统。例如，丰田Mirai是一款配套的镍氢电池。然而，作为一个开放的电力系统，其能量来源于外部输入。附加的镍氢电池不要考虑储能问题。可满足5-8度的需求。虽然锂离子电池的理论放电功率很高，但是为了不损害电池的使用寿命，有很多限制。在充分充电的情况下不能有大的放电率，快速放电仅适用于0-80%的范围。即便如此，当电池以5C的速度放电时，实验室的电池周期寿命将缩短至600倍，在实际工作条件下进一步缩短至400倍。例如，即使Telsa的最大功率可以达到310KW，但实际的放电率只有4C。此外，锂离子电池是一种低能量密度的关机储能系统，除非电池包件大幅新增，否则很难与高功率放电和高量程基极兼容。即使特斯拉选择了能量密度最高的最佳三元电池，其电池包件的重量也接近半吨。

安全的比较

除了上述目标，汽车安全无疑也是非常关键的。锂离子电池是一个封闭的能源系统，由于其高能量密度和安全性，在原理上很难操作，否则就相当于一颗炸弹。所以现在在主流工艺道路上，磷酸铁锂具有较低的能量密度，具有较好的安全性，电池温度在开始分异前达到500-600度，基础不要太多的维护辅助设备。ternalsTelsa的能量密度很高，但不能抵抗高温。它们在250度和350度之间有差别，因此不太安全。解决方法是将7000多块电池并联起来，大大降低单个电池泄漏和爆炸的风险，即使这样也要一个杂乱的电池维护包。另外，在之前的事故中，虽然由于Telsa的安全规划没有造成人员伤亡，但事故本身其实是非常轻微的敲打，汽车没有损坏，只是电池着火了，这也体现了安全上的自然顺风。

燃料动力锂电池由于其易燃易爆的特性，充满了安全隐患。然而，如下表所示，与汽车使用的两种常见可燃气体汽油蒸汽和天然气相比，氢气并不差，甚至稍好一些。目前，碳纤维材料已被用于汽车储氢装置中，这些装置可以在时速80KM/h的多角度碰撞试验中安然无恙。即使事故导致泄漏，由于氢气爆炸要高浓度，爆炸前已经开始燃烧，但很难爆炸。另外，氢气成分较轻，从系统中逸出的氢气在火灾后会迅速上升，从而在一定程度上维持了身体和乘客。汽油是液体，锂离子电池是固体，难以在大气中上升，在客舱底部焚烧，会使车辆迅速燃烧成碎片。储氢运输与液化天然气非常相似，只是要更大的压力，而且随着商业推广，整体安全还是可控的。

电池车的成本分为第一辆车的成本、材料成本、配套成本。现在对燃料动力锂电池最批评的是成本太高，但是随着远景的发展，随着技术的进步和商业的进步，成本下降的空间是非常大的。而假如锂离子电池考虑电网终端扩容的成本，实际上匹配成本之和高于燃料动力锂电池，具体计算如下:

车辆成本比较

锂离子电池、燃料动力锂电池和传统的汽油汽车，汽车成本的重要差异体现在发动机成本上，其他部件的差异不大。2L汽油车的发动机成本约3万元，未来很难有太大的变化。锂离子电池的kWh成本是1200元/kWh，预计未来会降低到1000元/kWh。45度电动汽车的电池成本为45000元。燃料动力锂电池的成本是电池包和高压储氢罐，现在100千瓦的电池成本是10万元，预计年产50万后，单位成本将降低到30美元/千瓦，即2万元。现有储氢罐的成本为6万元，预计未来将降至3.5万元，总成本为5.5万元。长期来看，三种动力系统的成本差别不大，可以看出，整车成本并不是核心问题。

材料成本比较

2L汽油车100公里耗油10升，5.8元/升汽油价格，成本为58元。锂离子电池车100公里耗电17度，0.65元/KWH的电费，11元的费用。燃料动力锂电池每100公里消耗9立方米氢气。制氢重要包括电解水或化学反应，如煤制氢和天然气制氢。电解水的成本首先是电，均匀的5度电1平方的氢气，成本大约是3.8元/平方，但可以在氢气站直接电解，节省运输成本。假如选择化石能源集中大规模加工，国内成本最低的是煤制氢，大约为1.4元/方，北美可以使用廉价的天然气，成本在0.9元/方。假如我们以煤制气成本为基准，100公里材料成本为12.6元，与锂离子电池相差不大。

匹配成本比较

加氢站、加油站和充电站的成本重要分为土地成本、设备成本和建设成本。加油站基地300万元，充电站430万元，氢气站按照日本目前的标准预计为1500万元，氢气站总成本高出约1000万元。按15年折旧，年销售1000万平方米，则折旧费用为0.1元/平方米。氢一般采用罐车小规模运输，预计运费为0.44元/方，扩大规模后可选择管网运输，成本降至0.23元/方。

虽然锂离子电池目前依赖于现成的电网系统，但它们的成本很低。但假如大规模执行，现有的电网容量冗余基础将被耗尽，未来要大规模扩容。因此，充电站本质上是将支持成本外部化到电网中，因此整个产业链的成本都要加到电网中。一般情况下，商业运行的充电站应至少达到1小时快速充电的标准，10个充电桩组成的充电站功率应达到600kw，相当于数百户家庭的电力负荷，对电网负荷影响较大。对应于网格的需求追加投资120万元扩大产量负荷,但每年新增电力销售只要930000度,根据0.65元/千瓦时购买电力成本,网格的最后15年回收投资计算,然后价格新增0.18元/千瓦时的基础上的成本。

销售终端成本计算

加油站的销售网络已经非常成熟，每小时的利润可以作为加油站合理退货的基准。相应加氢站每平方米的差价为0.51元，锂离子电池每千瓦时的差价为4.9元。这种价格情况下，锂离子电池汽车基地无法实现。国家现在将充电站的费用限制在每千瓦时0.4元，但这是在慷慨补贴的背景下。但长期以来，没有哪个行业能够依靠补贴来开展。未来，假如锂离子电池的充电功率没有明显提高，公司的剩余水平将明显低于加油站和加氢站环节。没有合理的回报，在土地稀缺的大城市，投资者就没有动力去推广充电站，工业性质也无法发展。但锂离子电池低能量密度过低，假如力完成高充电功率，电池周期寿命面对的工程战将十分巨大。即使是3分钟后

总资本

综上所述，汽油车、锂离子电池车、现阶段纯商用燃料动力锂电池车100公里后的成本分别为58、83、23和20元。因为锂离子电池成本的差价销售比例非常高,让我们考虑一下,充电桩设备投资是1/3的加氢站,每小时利润减少到1.4元,成本之和也37元,燃料动力锂电池汽车长时间成本优点仍然非常明显。其实，这一切的根源都是燃料动力锂电池的能量密度最高，同样商业化的情况下，成本自然优点明显。

发展新汽车的一个重要逻辑是节能环保，这无疑对我国更重要。现在我国不仅空气污染严重，对石油进口的依赖性高达60%，其中85%还通过美国控制马六甲海峡，电力安全已成为我国国家安全的最大弱点。对新车给予巨额补贴的重要原因之一是为了减轻对石油进口的依赖。然后从节能、环保、资源约束等方面对两者进行比较，如下:

节能与环保的比较

燃料动力锂电池材料制氢在我国目前最经济的办法是煤制氢，锂离子电池材料制氢，在我国也重要是从煤发电。因此，这两种能源本质上都是来自煤炭，碳排放只转移到上游，所以无论是否节能，首先要看的是能源转换动力。目前，锂离子电池汽车每百公里耗电17千瓦，相当于6.8公斤煤。燃料动力锂电池每100公里消耗9立方米氢气，储运损耗20%，相当于7.3公斤煤。汽油车每100公里消耗10L的燃料，排放相当于10kg的煤。事实上，这款新车的节能效果并不明显，其核心价值仍然是将电力消耗从石油转化为我国丰富的煤炭，缓解电力安全问题。从环保角度来看，燃料动力锂电池几乎没有尾气排放，锂离子电池只有少量排放，整个行业的污染将集中在上游。但是，与处理分散的汽油汽车尾气排放相比，上游污染控制无疑要容易得多。综上所述，燃料动力锂电池是整个产业链中污染最低的，是最佳的绿色汽车动力。