
锂与人们的生活息息相关,锂在手机、电脑、航天、汽车等领域应用广泛。原材料锂的价格水涨船高,各资本纷纷开启盐湖提锂的抢锂大战。然而,有汽车企业另辟蹊径,用氢能作为驱动力,企图在新能源市场争夺一席之地。为此,汽车界挺锂派和挺氢派大佬隔空互掐,你是10分钟充电90%的挺锂派?还是充氢3分钟,续航600公里的挺氢派呢?锂和氢汽车分别存在什么问题?
11月14日,在日本超级耐力赛冈山站上,丰田汽车掌门人丰田章男驾驶着氢动力卡罗拉与马自达常务董事前田育男上演了一场赛车大战,在耗时三小时的比赛中,这辆由氢能源驱动的卡罗拉没有出现任何故障。
赛后,丰田老板章男发表试驾丰田氢燃料汽车的体验,感受非常深刻,非常舒服,车内非常安静,这个车就叫未来,丰田抛弃电池燃料电池,全部压轴氢燃料电池。

在闭幕的中国国际进口博览会上,轮胎巨头米其林公司就推出了一款极具未来感的氢燃料电池赛车。如今,越来越多的车企都开始在氢能源路线上发力。现代汽车、起亚汽车、上汽集团、通用汽车都推出了新一代氢燃料电池车。
目前新能源汽车主要还是以锂电池为动力来源,那么氢燃料电池和锂电池,到底谁更能代表新能源汽车的未来呢?
作为锂电池电动车的先行者,特斯拉首席执行官马斯克曾公开表示,燃料电池应该被叫做“智商税”。
作为锂电池电动车的先行者,特斯拉公司首席执行官 埃隆•马斯克:我认为这非常愚蠢。因为提取和储存氢气,并应用在汽车上都非常困难。
大众汽车首席执行官赫伯特•迪斯持同样观点并断言:“你不会看到任何氢气在汽车上的应用,甚至10年内都不会。”
面对“挺锂派”的冷嘲热讽,“挺氢派们”没有沉默,丰田章男曾多次表示氢燃料电池车是值得下注的赌注。戴姆勒卡车公司首席执行官马丁·道姆也多次为氢能源发声。
国际氢能协会副主席 毛宗强:充一次气非常快,小车只要三分钟就可以充完,充完一次气能够跑六百公里没问题。
里程焦虑一直是锂电池电动车的致命伤。锂电池在不同的气候条件下,续航能力差异明显,充电时间更是漫长。目前,大多数锂电池电动车的续航里程在300公里左右,少数车型可达400至500公里。而氢燃料电池车,加注氢气仅需几分钟,续航里程便可达到一般电动车的2-3倍。那么,你是支持哪一派呢?
11月25日,上海有色网数据显示,电池级碳酸锂连续三日报价突破20万元/吨,创下历史新高,较去年同期的4.35万元/吨上涨359.8%。但此前大热的锂电池指数当天出现回调,收报1674.42点,跌幅达0.31%。
随着锂电“赛道”的热度上升,锂离子电池及相关材料生产研发企业多氟多和中国新能源产业龙头宁德时代作为行业巨头纷纷通过抢资源、扩产能等手段加强布局,就连部分其他行业的巨头“水泥龙头”金圆股份和“纺织巨头”中银绒业也尝试“跨界”分一杯羹,从二级市场表现和有关部门的关注来看,部分企业的锂电版图“扩张”当前还未得到正面反馈。工信部等有关部门也积极行动,进一步加强锂离子电池行业管理、推动行业转型升级和技术进步。
11月26日消息,格力官方确认,格力钛通信基站正在四川凉山州、甘孜州、阿坝州等高海拔地区铺设。这种基站应用了钛酸铁锂电池,在低温环境下,也能确保供电充足。格力也在为锂行业的发展添砖加瓦。
(1)我国锂电池行业面临的挑战。由于跨国公司的发展,国外许多著名的电池生产厂家逐渐在中国打开了市场,为我国的锂电池设备生产带来了强烈的冲击,甚至威胁到了本土锂电池行业的生存。而中国本土锂电池企业的飞速发展也给锂电池行业的发展带来了挑战。由于锂电池企业的数量不断增多,最初的成本优势已经不再显现出来,而企业之间的激烈竞争又促使锂电池生产商家不断降低成本,从而增加了国产锂电池设备的需求
(2)国内锂电池生产企业的规模较小。造成这种状况,首先是因为许多锂电池生产企业都是为了顺应国家的新能源发展政策和产业结构调整而转型,缺乏生产锂电池的基础,甚至许多企业都是新生企业,对电池生产还没有形成完善的体系。并且国内现在还没有建立起一套统一的锂电池生产标准,这些生产锂电池的企业自身水平良莠不齐,生产出来的许多锂电池,其性能都没有达到标准,许多小中型企业为了节约成本,会选择性能较低的设备来生产锂电池,造成了锂电池的性能低下。
(3)国内锂电池生产的整体技术落后于国外。德国、美国、韩国以及日本的锂电池生产技术在世界上处于领先地位,而日本的锂电池生产技术更是遥遥领先于其他国家。无论是在原材料还是生产技术上,我国都远远落后于日本。要想提高我国的锂电池生产技术,就必须向其他国家学习,并不断进行创新,将原始创新、集成创新和改进吸收再创新结合起来,生产出符合我国特点的锂电池。
据2020氢能产业发展创新峰会发布的《中国氢能产业发展报告2020》预计,到2050年,氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛使用,氢需求量由目前2000多万吨提升至约6000万吨,氢能产业链产值扩大,产业产值将超过10万亿元。
2050年氢的终端销售价格将降至20元/kg,加氢站数量达到12000座,氢燃料电池汽车保有量达到3000万辆,固定式发电装置2万台套/年,燃料电池系统产能550万台套/年,全国将进入氢能社会。
在地方层面,为了进一步鼓励、支持氢能基础设施建设及燃料电池产业发展,从各地方出台了一系列政策规划和行业标准,鼓励氢能产业链的集群化发展。
目前,东部沿海地区、汽车产业强省以及氢气资源充沛的区域有望成为首批示范城市群。京津冀、长三角、珠三角以及川渝地区先后推出氢能产业发展指导意见、行动规划、实施方案等政策文件,对氢燃料电池汽车运营数量、加氢站建设数量、加氢能力、产氢能力提出了明确的目标要求。
《氢能源研报:中国氢能的挑战与机遇》中提及,制运氢成本高是我国氢能发展和普及所面临的首要挑战。氢气在终端加注至氢燃料电池汽车时,需先后经历制取、存储运输以及加注三大供应链环节,其终端销售价格直接取决于这三大环节的成本。
高压储氢是指将氢气压缩在储氢容器中,通过增压来提高氢气的容量,满足日常使用。
氢气的压缩有两种方式:一种方法是直接用压缩机将氢气压缩至储氢容器所需的压力,存储在体积较大的储氢容器中;另一种方法是,先将氢气压缩至较低的压力存储起来,加注时,先将部分气体充压,然后启动增压压缩机,使储氢容器达到所需的压力。
由于氢气的密度很小,高压氢气储运设备中的氢气极易泄漏。如果在开放空间,氢气扩散速度较快,风险较小;但是一旦散逸受阻,大量氢气积聚可能造成人员窒息。泄漏氢气在空间中扩散达到一定浓度的时候遇火就会燃烧,甚至爆炸。
高压氢气储运设备一般都在超过几十个大气压下使用,存储着大量的能量。因超温、充装过量等原因,设备有可能强度不足而发生超压爆炸。车用储氢容器和高压氢气运输设备,需要频繁重复充装,不但原有的裂纹类缺陷有可能扩展,而且可能在使用过程中萌发出新的裂纹,导致疲劳破坏。
高压氢气储运设备在充装气体的时候,气体介质在压力降低时会放出大量的热量,通过热的传递过程使得设备的各连接部分温度升高。温度过高可能会使充装气体的人员受到伤害,同时也改变了设备承压材料的本构关系而影响到承压能力,此外高压氢气储运设备的管理、人员培训以及设备使用的环境都会对设备带来风险。
加氢站与加气站类似,是为燃料电池汽车提供氢气的站点。一个完整的加氢站由氢气制造系统、氢气压缩系统、氢气储藏系统、氢气加注系统组成。
使用时,液氢加注流量应该有一个调节范围,为满足这个要求,液氢的加注可以通过调节挤压压力或者挤压压力调节和节流阀相结合的组合调节方式。大流量加注时,采用单纯挤压方式使液氢在单相流状态下正常加注,小流量加注时,采用挤压压力调节和节流阀相结合的组合调节方式调节流量,使加注流量稳定并使节流阀前的管路处于单相流状态下工作。
氢燃料电池汽车辆目前都是高压储氢,在运行时可能出现的安全性问题是高压储氢罐的内部压力升高引起的爆炸和氢气大量泄漏或氢气缓慢泄漏引发的氢气燃烧和爆炸。
建立高压保护系统。为此需要对高压储氢罐的结构和材料进行安全设计,另外还需要在上面安装各种安全设施,如气罐安全阀、温度传感器、压力传感器、气罐手动截止阀、气罐电磁阀、碰撞传感器等。
当发生碰撞时能够自动切断氢气供给系统,而当气瓶中氢气压力超过设定值后,又能通过气罐安全阀自动泄压。例如,在瓶体温度由于某种原因突然升高造成气瓶内气体压力上升,当压力超过安全阀设定值时,安全阀自动泄压,保证气瓶在安全的工作压力范围之内。
与天然气、丙烷和汽油相比,氢的最大危险并不是其燃烧和爆炸范围宽、着火能量小,而是没有气味,氢气泄漏不宜被及时意识到,为此在氢能源车辆上安装了氢气泄漏传感器来探测,同时也装有碰撞传感器。当泄漏的氢气浓度超过阈值,或发生距离的碰撞,燃料电池系统会立即关闭燃气阀门并自动停机。
根据不同的要求,在车上对氢气传感器类型、数量以及布置的位置均有一定的要求。一般来说,出于对安全性能的考虑,氢能源汽车在前排、后排、氢气瓶舱内上方和车底部会安装4个氢气传感器,所有传感器信号需直接传送到仪表盘的醒目位置,及时通知驾驶员。
每个氢气传感器,设置2个报警浓度点,第1点为0.4%浓度,当车厢内氢气浓度达到此值探测器发出声光报警,同时传输电信号将汽车天窗自动打开,将氢气排出。第2点为2.5%浓度,当车厢内氢气浓度达到此值探测器会发出急促声光报警,同时切断电磁阀电源,关闭电磁阀,从而切断供气系统,保障人员安全。
汽车的碰撞往往是最大的危险。不过氢燃料电池汽车在开放空间的碰撞,其安全性要好于天然气汽车或汽油汽车。
首先,由纤维缠绕的复合材料存储罐在不破裂的情况下能承受比汽车本身更高的压力,这样就降低了由于碰撞导致氢气大量泄漏的风险;
第二,由于氢气扩散很快、浮力很大,一旦泄漏可以很快扩散,减少了碰撞后着火的风险;
第三,由于燃料电池比内燃机的效率高,所以对于给定的车辆行驶里程,氢燃料电池汽车只需装载40%的燃料;
最后,在氢燃料电池汽车的设计中,每辆车推荐安装一个惯性开关,在发生碰撞的情况下,电磁阀会同时切断氢气供应和蓄电池的电流。
在隧道中发生碰撞,氢燃料电池汽车和天然气汽车一样安全,比汽油和丙烷汽车更安全。这是根据计算机模拟实验得到的结果。氢气的浮力是汽油的52倍,扩散系数是汽油的5.3倍,这样氢气扩散很快。同时,氢的着火下限是汽油的4倍,另一方面,氢气从破裂的高压储罐中逃逸的速度比天然气快,会形成比较大的可燃雾,增加了被隧道内的风扇、灯等点燃的可能性。对于隧道内氢气泄漏的主要风险还需要进一步的计算机分析。
最大的潜在风险是在密闭的车库内氢气发生缓慢泄漏,逐渐累积导致着火或爆炸。在氢燃料电池车辆停运后,尤其是停驻在地下车库不受人们注意之处的情况下,氢燃料缓慢泄漏进入车辆排气系统。逸出的氢气也有可能会聚集在车体底下的某些凹洼处。需要通过氢气泄漏传感器系统来进行检测和预防。
一般来说,在正常运行中,设计良好的燃料电池汽车具有与汽油汽车、天然气汽车及甲烷汽车同等的安全性。
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