鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3260次 | 2018年05月20日
燃料電池與鋰離子電池的對(duì)比
有人在網(wǎng)上詢問:“燃料電池相對(duì)于鋰離子電池有哪些優(yōu)勢(shì)和不足?”以下回答來自電池從業(yè)者。
要比較優(yōu)勢(shì)和不足,前提是在相同應(yīng)用目的前提下。
先將燃料電池和鋰電池作為對(duì)象比較不同和相同,然后才可針對(duì)不同的應(yīng)用比較優(yōu)勢(shì)和不足。
不同的工作方式:燃料電池輸入化學(xué)能,輸出電能;鋰電池輸入電能,輸出電能。因之,燃料電池是能量轉(zhuǎn)化裝置,而鋰電池是儲(chǔ)能(電能)裝置。
相同的放電原理:燃料電池和鋰電池對(duì)外輸出電能時(shí)不是熱機(jī)過程,而是等溫絕熱的電化學(xué)電源過程,故此效率高。
優(yōu)勢(shì)
1.當(dāng)邊界是地球上的人類社會(huì)時(shí),對(duì)于未來能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的意義,燃料電池>鋰電池:在化石能占絕絕大部分一次能源份額的一二百年內(nèi),如何提高從化石能到消費(fèi)終端有用功的效率,以及如何屏蔽特定的有用功形式與一次能源結(jié)構(gòu)的確定對(duì)應(yīng),關(guān)鍵是能量轉(zhuǎn)化裝置(人們?nèi)菀最惐鹊焦I(yè)革命的蒸汽機(jī)的意義)的變革,而儲(chǔ)能裝置的作用往往是優(yōu)化能量利用的效率。
2.當(dāng)邊界是運(yùn)載工具特別是地面的汽車時(shí),燃料電池驅(qū)動(dòng)比鋰電池驅(qū)動(dòng)更可能成為類似今天的汽車業(yè)態(tài):3分鐘以內(nèi)能量恢復(fù),續(xù)駛里程超過400公里。化學(xué)反應(yīng)需要氧化劑、還原劑(俗稱燃料)和反應(yīng)場(chǎng)所,燃料電池汽車只需要攜帶兩樣:燃料和反應(yīng)場(chǎng)所——燃料電池;而鋰電池汽車則需三樣都帶,又鋰電池中氧化劑、還原劑存放距離很近(當(dāng)前是靠百微米厚的隔膜)即使不工作也有自放電,再鋰電池為達(dá)成壽命循環(huán)往往淺充淺放,即不能每個(gè)循環(huán)都像傳統(tǒng)汽車那樣將油用干、將油加滿,故此真實(shí)使用時(shí)理論的續(xù)駛里程還要減半。這就是現(xiàn)在的燃料電池汽車有效續(xù)駛里程可達(dá)到600公里以上,而鋰電池汽車有效續(xù)駛里程一般地小于100。燃料電池汽車類似天然氣內(nèi)燃機(jī)汽車,反應(yīng)場(chǎng)所和燃料可以物理隔離,燃料加注實(shí)際是物理過程,要多快可以多快——只要經(jīng)濟(jì)上覺得上算,而鋰電池汽車能量恢復(fù)是充電過程,即電解反應(yīng),需要控制要不然就會(huì)有副反應(yīng)發(fā)生,其燃料加注速度受到技術(shù)進(jìn)展程度的制約。
不足
1.當(dāng)邊界是便攜電子設(shè)備時(shí),燃料電池由于氧化劑、還原劑、反應(yīng)場(chǎng)所分離,其系統(tǒng)集成簡(jiǎn)化的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已經(jīng)充分集成的鋰電池或者其他種類二次電池;
2.當(dāng)邊界是電網(wǎng)不間斷備份時(shí),2ns的電子設(shè)備要求,燃料電池要把分離在外的氧化劑和還原劑送到電池內(nèi)幾乎是不可能達(dá)成的;
產(chǎn)業(yè)化程度:燃料電池現(xiàn)在沒有產(chǎn)品制造業(yè);而鋰電池針對(duì)便攜電子設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)電源已經(jīng)形成了批量制造業(yè)。但針對(duì)汽車,兩者都沒有形成產(chǎn)品制造業(yè),共同的技術(shù)難點(diǎn)在于電化學(xué)反應(yīng)如何適應(yīng)電機(jī)的感性負(fù)載大動(dòng)態(tài)需求。
容易被蠱惑的說法:鋰電池汽車因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)存在鋰電池工業(yè),會(huì)比燃料電池汽車更容易取代內(nèi)燃機(jī)汽車的歷史地位。道理上的謬誤:產(chǎn)品開發(fā)是從客戶需求出發(fā)的,沒聽說割草機(jī)用的內(nèi)燃機(jī)通過升級(jí)改造就能成就汽車內(nèi)燃機(jī)的;經(jīng)驗(yàn)上的認(rèn)知:蓄電池汽車,從1900年開始,鋰電池已經(jīng)是第四次浪潮了,好像還是不會(huì)成功在這個(gè)10年,這是件很難的事情。
最讓人憧憬的說法:燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)+鋰電池形成電電混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車,可以1)提升2倍效率;2)車輛零排放;3)壽命和成本容易達(dá)成;4)擺脫汽車對(duì)原油資源的單一依賴。