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锂电和燃料电池的孰优孰劣?

来源:www.kmlidianchi.com 发布时间:2019年05月27日

锂电池与氢燃料电池均是一种能源储集(转化)形式,锂电电池是将电能在电池内部实现充、储、放。氢燃料电池则是提供化学反应场所,供氢气与氧气产生电能,过程中不会产生明火,只产生水。下面锂电池定制就为大家讲讲它们之间的区别。

锂电池定制

一是就电池性能对比,锂电的能量密度具“天花板”,电池包使用寿命受电池一致性影响,总体充能寿命在2000次至5000次不等;

氢气密度低,燃料电池发电功率高,单位体积(或单位质量)燃料电池系统的能量更高,能源转换效率一般为1kg产生15度电左右(与燃料电池功率相关)左右,氢能可发电使用寿命主要在5000至8000小时。

二是在应用领域方面对比,锂电电池多在电子产品、便携式设备等对能量密度要求较低的领域展开应用,调峰调频的储能也在探索中,目前占化学储能的60%(化学储能仅占所有储能的2%);

氢燃料电池则可在航空领域、船舶、列车等对能量密度要求较高的领域展开应用,可成为汽油、机油等的最佳替代品,此外,氢燃料电池亦可在分布式能源上有应用,如日本的“氢能社会”正在探索氢燃料电池为小镇中、小岛上提供电能,同时规划2020年固定式燃料电池示范达到 1400 万套规模,2030年固定式燃料电池示范达到 5300 万套规模,全面实现以氢能发电且建立大规模的氢能供应系统。

三是在汽车领域应用对比,因乘用车的整车质量更小、对续航要求更低,虽锂电的充能时间长达一个小时以上(快充可达半小时,慢充一般是8小时),但充能时间较更灵活,所以锂电电车更适用于乘用车领域(详情见附表);

但在货车应用领域,整车质量更高,锂电的能量密度无法满足货车的使用,且充能时间过长,不适用于货车日常使用,氢燃料电池汽车成为货车清洁化使用的最佳替代品。

四是在我国产业发展情况上对比,锂电现已形成从上游正负极材料、电解液、电池PACK等一系列完整的产业链,且电动汽车后市场的充电桩建设规模已居世界首位。汽车上使用的动力锂电池带动了锂电产业发展,但由于部分企业是由生产3C电池等小型电池转型而来,缺乏核心技术研发,能量密度及安全性等核心指标与先进水平存在差异,经过几年的发展现在已开始出现低端产能过剩、高端产能不足的现象。

氢燃料电池涉及从供能变革和材料生产,整体发展滞后。供能方面具有一定产业基础,在煤气化制氢和电解水制氢具有特色和优势,固定式高压储氢技术处于国际领先水平,年氢气生产规模居世界首位。但燃料电池材料制造比国际领先水平晚大约5年左右的时间,部分关键环节缺乏国产能力,燃料电池堆中的催化剂、质子交换膜等优质技术和产品长期被国外公司垄断,国内仍多数处于实验室阶段;加氢设备中的压缩机、加氢机等也长期依赖进口。此外,加氢站建设与日本、德国等国家相比,相对缓慢。

五是在购买成本和使用成本上,锂电更具优势,氢燃料具潜力。购买成本上,以锂电物流车的电池包成本为例,现在价格预计在10-20万左右;以燃料电池物流车的电池系统(包括电池包、储氢罐)成本为例,现在价格在60-80万左右,若以日本丰田的成本下降速度、结合中国产业化和技术水平来估计,价格在5-8年左右才能与现金锂电成本相似。使用成本上,目前电力成本较低,用户侧波谷电约在0.2元/度,波峰电在0.8-1.5元/度左右;

氢气使用成本涉及制造、储运、加注等多个方面,以工业富产氢为例,制造氢气成本大约0.7元/标方,水电解氢气则约为5度电生产1标方氢气,制造成本较高。目前日本成熟供能产业链下,氢气使用成本为50元/kg;中国长三角的工业富产氢多,使用侧成本一克控制在60-70元/kg左右(见附表)。

六是在环保性和能耗上,锂电生产过程中的电解液生产是高污染项目,废弃锂电的回收拆解和梯次利用尚未实现体系化应用,且因锂电池包的一致性较差,目前回收领域中梯次利用基本无法实现盈利,回收拆解体系则亦属于高污染企业,且盈利能力较差。

氢燃料电池整个产业链基本不产生污染。供能方面,部分废弃的工业副产氢纯化后即可进入供能系统,因水电解氢气,是一种可再生方式,环保性更好。燃料电池生产方面基本不产生污染环境的废气废料,电池中的质子交换膜和催化剂,可更轻易的实现循环利用。

七是材料资源制约上,锂电电池主要受制于锂、镍、钴等金属,锂资源在我国青海具有一定的储备,但因品质问题,目前主要进口来自于澳大利亚。

燃料电池主要受制于催化剂中铂,技术突破可带来Pt用量由现在0.2g/kw下降至0.1-0.05g/kw(国际水平,我国目前约在0.5g/kw),亦可进一步降低成本,实现更广泛的商业化应用。

附表 锂电及燃料电池的乘用车、货车参数比较

相关参数

动力电池乘用车

燃料电池乘用车

电动货车

燃料电池货车

百公里整车电耗/氢耗

~15kWh

~1kg

~110kWh

~5kg

百公里用能成本

~30 元

~50元

~220 元

~250 元

百公里电耗折算(从发电端-电解水制氢计) 

~18kWh

~55kWh

~150kWh

~385kWh

综合能量利用效率

>80%

~25%

>80%

~25%

续航里程

~400km

>500km

<300km

>500km

燃料加注时间

>30min

<5min

>2h

<15min

使用寿命

2000次充能

5000~8000小时

2000次充能

5000~8000小时

显性/隐形环境成本

一般

较低

一般

较低

技术进步/成本下降潜力

一般

较高

一般

较高

技术进步/成本下降潜力

一般

较高

一般

较高

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