氢燃料汽车与电动汽车比到底优势在哪里?

毋庸赘言 2021-03-24 15:16:25

氢燃料电池汽车也属于电动汽车,只不过它的“电池”是氢燃料电池。和普通化学电池相比,燃料电池需要经常补充氢气。氢燃料电池技术是未来改变人类生活的新技术之一,成为人类解决石油危机的重要方式。


氢燃料电池汽车尾气排放是水,因此,能够实现零污染排放。氢燃料电池汽车是以氢气作为燃料。它将氢气送入汽车燃料缸中,然后与燃料电池发生化学反应,氢和空气中的氧发生反应,转换为电能为汽车提供驱动,所以,这个化学反应过程唯一的副产物就是水或蒸汽,没有任何二氧化碳产生,十分环保。

氢燃料汽车与电动汽车比到底优势在哪里?

比如日本丰田首款氢燃料电池车Mirai,充满燃料的Mirai拥有差不多和传统汽油车一样的巡航里程,可以达到约500公里;同时它的动力上也非常不错,Mirai的最大马力为155马力(114千瓦)、最大扭矩335N·m、最高时速能达到178公里,特别是从起动、加速到100公里/小时仅仅需要9.6秒,因此,完全能够满足平常的开车需求。值得一提的是,氢燃料填充时间仅仅需要大约3分钟即可,实际上,和传统的汽油车加油时间几乎差不多。


氢燃料汽车与电动汽车到底优势在哪里?


1、氢燃料电池汽车主要优势是方便。相比电动汽车,氢燃料电池汽车只需要3到5分钟就能充满高压储气罐(70Mpa),并非人们想象的需要等几个小时来充满电。而电动汽车要达到这个条件,就必须更换整组的电池。充电最快的特斯拉eslaModelS至少需要20分钟才能充满电,但它的行驶距离甚至还不到氢气燃料电池汽车的一半。因此,氢燃料电池汽车平常使用十分更方便。汽车制造商们据此认为,希望寻找更环保汽车的消费者也许会认为燃料电池汽车要比电动汽车更实用。


2、氢燃料汽车在性能及环保方面,氢燃料电池汽车和电动汽车一样使用电动马达。但燃料电池会更加适合皮卡车及SUV,而目前锂电池则无法满足这些车型的需要,特别是锂电池比燃料电池组(储氢罐)重很多。


3、氢燃料电池汽车的价格和维护费用比电动汽车贵。比如丰田Mirai、日产Leaf的价格尽管比特斯拉便宜不少,但是给燃料电池汽车加氢气价格大约为3美元(换算成每加仑汽油等效产品后)。经测算,这样给一辆车加满氢气需要花费大约50美元。意味着一辆氢燃料电池汽车的维护成本是丰田普锐斯混合动力汽车的2倍,并且是电动汽车的四倍。

氢燃料汽车与电动汽车比到底优势在哪里?

4、燃料电池汽车最主要问题是:制造氢气燃料要消耗比普通电动汽车更多的能源,因此,出现污染是一个很严重问题。而获得绿色氢气的唯一可行的方式是通过电解。而这个过程消耗的电可更好地用在普通电动汽车上。


氢燃料汽车发展遇到哪些瓶颈呢?


1)氢气来源问题。由于氢气不像氮气和氧气是空气中的最主要组成元素,如果得到氢气,可以通过电解水,但这个方法十分不经济,能量损失非常大。这个方法是先从电解水开始的,利用耗费电能来产生氢气,而氢气再发电过程中仍然会存在能量损失。因此,目前最好的电解水系统能量转化率只有80%,无疑效率不高。再来看一下甲烷转化氢气的方法,蒸汽需要加热到700-1000摄氏度,然后再与甲烷结合生成氢气和一氧化碳、及少量二氧化碳。美国大约有95%的氢气是通过这样方法来生产的。


甲烷转化氢成本尽管更划算,但却会造成污染。有研究数据显示,甲烷基础设施出现的泄露比想象的还差(最高能达7%)。事实上,作为温室气体,甲烷的温室效应曾经是二氧化碳的86倍。因此,制造一辆百分百环保的燃料电池汽车,绝对不能依靠污染的方式来制造氢气。


2)再者就是加氢站的成本比较昂贵。由于电动汽车已在道路上(家中)建立了充电基础设施,而氢气销售点却非常少,而且相隔的距离也比较远。原因是缺少需求,重要的是建造成本费用高昂。普通的电动汽车充电站只需投资数十万美元,即使是特斯拉这种超级充电站其建造成本也只有30万美元。但是,建造一个氢气燃料站却需要花费100万-200万美元,因为需要解决处理液态氢气的安全问题。因此,美国现在也不过有大约50个氢气燃料站,其中22个位于加州地区。


3)金属铂稀缺。氢燃料电池在发电过程中,会使用到金属铂来作为催化剂。而这种金属就是铂金戒指中的铂,它的产量小且价格昂贵。因此,如果想大规模生产氢燃料电池,铂是一个重要瓶颈,因为不能实现没规模化后使得成本减少,反而形成需求越多就越昂贵。

氢燃料汽车与电动汽车比到底优势在哪里?

4)关于氢气的安全性。也有人说氢气瓶就像是个“氢弹”,无形中会造成了安全问题。实际上,氢比石油要安全很多。由于储氢罐的密封较好,能够形成低温高压的空间,液化后能够大量储存。


对于氢泄漏后的安全性,实际上氢气更加安全。由于氢是最轻的气体,扩散性极强,它的扩散系数比空气大3.8倍,比汽油大7.5倍。因此,氢泄漏之后会呈现直线向上运动,即使形成了火焰,也是一维的火焰,并且直线冲向天空;而石油类燃料则会向四周迅速蔓延,并且形成大面的燃烧,因此,反而更不安全。氢气的比重低,容易向上逃逸,因此,少量氢气的泄漏,能够在空气中很快被稀释成安全的混合气,即使发生事故其影响范围也要小得多。


因此,氢燃料电池汽车优势是非常明显的,特别是加满燃料的时间更短,行驶的距离更远。尽管氢气燃料电池汽车还处于相对的早期起步阶段,但充电式电动汽车同样在10年前仍然存在无法想象力的问题,现如今现很多电动汽车已到处跑了,因此,氢燃料汽车的未来前景值得看好。


从日韩、北美、欧洲等发达国家和地区的燃料电池汽车发展现状看,丰田、通用等全球主要汽车公司大都已经完成了燃料电池汽车的基本性能研发阶段,解决了若干关键技术问题,其整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等各方面均已基本达到了和传统汽油车相媲美的水平,但是因为成本居高不下,基本走租售道路。

来源:汽车燃料电池之家公众号

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