Mingming fra bilkulturmarkedet har sin egen lille krets innen bilforbruk. Det de bryr seg mest om i hydrogenenergiindustrien er om brenselcellebiler har noen fordeler? Når blir den like populær som litium-ion batteribiler? Dette er en forbrukerrettet artikkel.


Siden jeg har tjent bilkulturindustrien i mange år, etter å ha byttet til hydrogenenergiindustrien, vil jeg fortsatt snakke om bilrelaterte emner med noen venner rundt meg, så jeg vil nevne utviklingsutsiktene for brenselcellekjøretøyer i fremtidens biler markedet fra tid til annen. Men siden litiumbatterikjøretøyer er relativt populære på markedet i dag, når jeg nevner brenselcellekjøretøyer, har mange venner fortsatt en tendens til å forveksle konseptet med brenselcellekjøretøyer med arbeidsprinsippet til litiumbatterikjøretøyer. Som svar på dette fenomenet vil vi denne gangen kort snakke om arbeidsprinsippet til brenselcellekjøretøyer og relaterte kjernekomponenter, samt forskjellene mellom dem og forbrenningsmotorer og litiumbatterier.

Brenselceller er ikke "batterier"

Ja, strengt tatt, selv om brenselceller kalles batterier, er de faktisk ikke "batterier" som vi forstår som rent for energilagring som blybatterier og litiumbatterier. Bokstavelig talt, "Et "batteri" er et "reservoar" av elektrisitet, en enhet som lagrer elektrisk energi.

Arbeidsprinsippet til brenselcellen er en enhet som omdanner den kjemiske energien i drivstoffet til elektrisk energi gjennom redoksreaksjoner. I motsetning til vanlige batterier som lagrer og frigjør energi gjennom lading og utlading, kan brenselceller oppnå kontinuerlig utlading ved å kontinuerlig tilføre drivstoff. Effekten, enkelt sagt, er arbeidsprosessen å generere elektrisitet ved å tilsette drivstoff for å fortsette oksidasjons-reduksjonsreaksjonen. Det mest brukte drivstoffet er hydrogen, og hydrogenet og oksygenet ved de positive og negative elektroder produserer oksidasjonsreduksjonsreaksjoner gjennom elektrolytten. Under prosessen ledes elektroner fra anoden til katoden, og danner derved en strøm.

Derfor kan det også sies at et brenselcellekjøretøy kombinerer egenskapene til et kjøretøy med forbrenningsmotor og et litiumbatterikjøretøy. Den kan ikke bare opprettholde batterilevetiden ved å raskt etterfylle drivstoff (hydrogen), men også fordi den hovedsakelig genererer elektrisitet, og utslippene er hydrogen- og oksygenelektrolyse. Vannet som dannes av vannreaksjonen kan derfor oppnå rask og effektiv lading, og kan også oppfylle de sanne nullutslippskravene til miljøvern, og veie opp for manglene til både forbrenningsmotorer og litiumbatterier.

Utviklingsprosessen av brenselceller

I 1839 produserte den britiske fysikeren William Grove (William Robert Grove) den første brenselcellen. Teorien i magasinet, Grove verifiserte og perfeksjonerte teorien året etter etter å ha sett den, og publiserte designskissen til brenselcellen i "Philosophical Journal and Journal of Science" i 1842

Groves design brukte en svovelsyreløsning som elektrolytt, i en form som ligner mer på dagens bly-syre-batterier. Det var ikke før i 1955, etter forbedringen av W. Thomas Grubb, en generell elektrisk kjemisk ingeniør, at en brenselcelle som brukte en sulfonert polystyren ionebyttermembran som elektrolytt virkelig kom ut, og tre år senere kom hans General Electric-kollega Leonard. Niedrach brakte videre platina inn i utvekslingsmembranen som en katalysator for reduksjonsreaksjonen, og kalte den "Grubb-Niedrach brenselcelle", så langt la grunnlaget for prototypen til moderne PEM brenselcelle.

Under felles utvikling av NASA og General Electric i den senere perioden ble brenselceller også brukt i mange kommersielle prosjekter og romfartsprosjekter. Kilden til vann. I 1991 produserte den amerikanske forskeren Roger E. Billings (Roger E. Billings) det første hydrogenbrenselcelledrevne kjøretøyet – LaserCel 1, som offisielt åpnet opptakten til hydrogenbrenselcellekjøretøyer. .

Det første brenselcellekjøretøyet laget av Roger Billings - LaserCel 1, det kan sees at prototypen er en original Ford Fiesta

På dette stadiet har bruken av brenselcelleteknologi i verden gått inn i stadiet av industrialiseringsutviklingen, men den mest brukte er husholdningsvarme og kraftvarme. I Japan har dette produktet solgt mer enn 400 000 enheter, og det er allerede økonomisk. Det var Toyota Mirai og Hyundai NEXO som virkelig brakte brenselcellekjøretøyer inn i industrialiseringen. I 2014 kunngjorde Toyota at den totale kostnaden for brenselceller hadde sunket til 1/20 av det i 2008, noe som ble et vendepunkt i den globale industrialiseringen av brenselcellekjøretøyer. Kina er fortsatt i brenselcelleverifiseringsstadiet, mens USA verifiserer gjennom storskala bruk av gaffeltrucker.

Fordeler og ulemper med brenselceller

Å kvitte seg med ressursbegrensninger og miljøbegrensninger er kjerneformålet med ny energiutvikling. For det første har hydrogen et bredt spekter av kilder og er ikke begrenset av ressurser. For tiden bruker brenselcellekatalysatoren platinaressurser, men sammenlignet med de 30 kg litiumkarbonat som kreves for hvert kjøretøy med litiumbatterier, beregnes platinaforbruket til brenselceller i gram, og utvinningen av platina når mer enn 90%, og utvinningskostnaden er lavere enn ressursutvinningskostnadene, så brenselceller er i utgangspunktet ikke underlagt ressursbegrensninger.

For det andre, fra karbontoppens perspektiv, kan bruk av grønn elektrisitet for å produsere grønt hydrogen virkelig oppnå grønn reise. Brenselcellekjøretøyer bruker hydrogen og skiller ut vann, og det er nesten ingen forurensning i platinautvinningsprosessen.

For det tredje er forbrukerne mer bekymret for kjøreopplevelsen. Det tar omtrent 3-5 minutter å tilsette hydrogen til et brenselcellekjøretøy (nyttekjøretøy innen 15 minutter), og det kan vare i omtrent 600-800 km, og det kan starte normalt under minus 30 grader, og det er ingen problemer med batteri strømbrudd. Åpenbart, i kalde områder Redusert mye angst. Den opprinnelige planen for vinter-OL i Beijing var ikke et brenselcellekjøretøy. Den ble endret til en brenselcellebilplan fordi litiumbatterier ikke var egnet for lavtemperaturværet i Yanqing og Zhangjiakou. Denne gangen har de 1200 brenselcellekjøretøyene godt verifisert denne ytelsen.

Den fjerde er sikkerhet. Selve brenselcellen lagrer ikke energi, så sikkerheten i bilen er relativt høy.

Ulempen er at hydrogenenergi er den letteste gassen, som er svært vanskelig å håndtere, og sikkerhetskravene i lagrings- og transportprosessen er også høye, og de tilsvarende lagrings- og transportkostnadene er relativt høye. Dette er den største ulempen ved utviklingen av hydrogenenergiindustrien. Dette har også fremmet utviklingen av ulike teknologier for lagring av hydrogen, inkludert flytende hydrogen, lagring av hydrogen i fast tilstand og lagring av organisk sammensatt hydrogen.

Nåværende status og divergerende veier for brenselcellekjøretøyer

Bruksscenarioene for brenselceller er ganske rike, som skip, gaffeltrucker, raketter, fly, distribuerte strømforsyninger osv. Grunnen til at brenselcellekjøretøy har fått mer oppmerksomhet er at deres kommersielle marked er relativt bredt. Når moden, hastigheten på implementering og popularisering Det er relativt raskt og kan ha stor innvirkning på hele bransjen.

Selv om hydrogenenergi og brenselceller har blitt utviklet og kommet inn i det kommersielle feltet i mange år, er de fortsatt langt unna hverdagsforbrukerne. Hydrogen brenselcellekjøretøyer kan effektivt forkorte denne avstanden og forbedre forbrukernes iboende syn på hydrogenenergi.

Det er imidlertid noen forskjeller i utviklingsveiene til ulike land. Prototypene som ble utviklet av store bilprodusenter i den første tiden er alle personbiler, og de masseproduserte modellene i Japan og Sør-Korea er også personbiler, men Kina og USA er hovedsakelig kommersielle kjøretøy.

Siden Billings produserte det første brenselcellekjøretøyet, har mange produsenter også sett markedsutsiktene og miljøvernpotensialet til hydrogenenergi. Etter å ha gått inn i det 21. århundre har store produsenter også lansert noen konseptbiler for hydrogenbrenselcellebiler eller en testbil, men i den senere perioden på grunn av den kraftige utviklingen av litiumbatterimarkedet, måtte mange produsenter midlertidig skrinlegge eller kansellere brenselcellen kjøretøy plan.

Med de økende kostnadene for litiumressurser har noen vanlige bilprodusenter gradvis vendt tilbake til feltet for brenselcellekjøretøyer de siste årene, som Toyota, Honda, Nissan, Daimler, BMW, Hyundai, Kia, GM, etc., har annonsert utviklingsplan for brenselcellebiler.

I følge statistikken til magasinet "Car and Drive", fra og med 2022, er det for tiden rundt 15 000 hydrogenbrenselcellekjøretøyer på veien i California, og med utviklingen av hydrogenbensinstasjoner og hydrogenlagrings- og transportsystemer, er det mente at brenselcellekjøretøyer vil Lageret vil gradvis øke.

I tillegg til Japan er California for tiden Mirais største marked

Det er også et av de to markedene i verden hvor brenselcellekjøretøyer har solgt mer enn 10 000 enheter

Vår utforskning av hydrogenkjøretøy er ikke begrenset til brenselceller. Både BMW og Mazda har lansert hydrogenhybridmodeller og lansert dem som småskala masseproduserte modeller. Men på grunn av tekniske årsaker og de tøffe forholdene for hydrogenpåfylling på den tiden, kan disse modellene bare nedsenkes i det store bilmarkedet med en årlig produksjon på titalls millioner.

Men de siste årene, med demonstrasjonen og anvendelsen av hydrogenenergiindustrien, enten det er teknologisk fremgang eller bygging av drivstoffstasjoner for hydrogen, har entusiasmen for disse en gang forlatte tekniske rutene blitt vekket igjen. 15. juni 2021 kunngjorde Honda stengingen av Sayama-anlegget i Japan og avviklingen av hydrogenbrenselcellekjøretøyet CLARITYFUELCELL. Elbilen skal produseres ved dets høyytelses produksjonssenter i Ohio, USA.

Toyota har også kontinuerlig testet modeller med forbrenningsmotorer med hydrogen de siste årene som en teknisk reserve. Vi snakker selvfølgelig hovedsakelig om brenselcellekjøretøy denne gangen. Når det gjelder hydrogenforbrenningsmotorer eller hydrogenhybrider, hvis du er interessert, kan vi finne en annen mulighet til å snakke i detalj.

Både BMW og Mazda har lansert hydrogenhybridmodeller. Blant dem har BMWs Hydrogen 7 lansert E38/E65 to-generasjons versjoner, mens Mazdas RX8 Hydrogen RE har masseprodusert 30 enheter. Forfatterens første bil er Mazdas RX8, så da den hydrogendrevne versjonen ble lansert, la jeg spesielt merke til den en stund.

V8 hydrogen forbrenningsmotor utviklet i fellesskap av Toyota og Yamaha

Det kan få mange venner som liker drivstoffbiler med stort slagvolum til å se håpet om at de fortsatt kan kjøre kjøretøyer med stort slagvolum i fremtiden

Etter at jeg byttet karriere og begynte å forstå hydrogenenergiindustrien, var det mange som spurte meg når jeg chattet med vennene mine. hvorfor det er vanskelig for oss å se brenselcellebiler nå. Jeg pleier å gi dem ensidige forklaringer. Utviklingsretningen for brenselcellekjøretøyer er hovedsakelig kommersielle kjøretøy i stedet for personbiler. Faktisk, hvis du tar hensyn til noen demonstrasjonsbyer for hydrogenenergi, selv om brenselcellepassasjerkjøretøyer ennå ikke er sett, kan det være sanitetskjøretøyer, busser, søppel Brenselcellekjøretøyer til nyttekjøretøyer som lastebiler og logistikkkjøretøyer er allerede på veien .

I tillegg, siden mitt lands nåværende hydrogenstasjoner og nettverksbygging av hydrogenenergirørledninger ikke kan møte behovene til personbilmarkedet, blir personbiler bare delvis pilotert i Guangdong og Shanghai. Med dagens infrastruktur vil personbiler bli bredt promotert. Forholdene er ennå ikke tilgjengelige. I følge statistikk er salgsvolumet av brenselcellebiler i mitt land fra januar til oktober i år omtrent 3000, hvorav salgsvolumet for personbiler er mindre enn 5 %. Derfor, først akkumulere teknisk erfaring i bransjen gjennom nyttekjøretøy og øke investeringene i infrastrukturkonstruksjon, vil være mer gunstig for den fremtidige utviklingen av brenselcelle personbilmarkedet.

Hydrogen brenselceller har ikke bare egenskapene til lang batterilevetid, men også batterilevetiden påvirkes ikke av temperatur og miljø. Den kan brukes som en ideell kjøremetode for produksjonsverktøy. På grunn av dagens høye hydrogenpris er det imidlertid fortsatt behov for mye politisk støtte for å stimulere markedet.

Selv om noen personbilprodusenter i mitt land har lansert brenselcellemodeller, er landets nåværende utviklingsretning hovedsakelig kommersielle kjøretøyer, som SAIC, Weichai, Foton, Yutong, Zhongtong, Jiangling, Mercedes-Benz, etc., som aktivt utvikler hydrogen- drevne nyttekjøretøyer. Ser vi på oppstrøms og nedstrøms av industrikjeden, selv om noen teknologier i mitt land er relativt bak de samme industriene i Europa og USA, fordi mitt lands nåværende markedspolitikk er mer tilbøyelig til kommersielle kjøretøy, er den tekniske terskelen for å krysse høyere . Med den gradvise utvidelsen av markedet, i teknologien Mens den gradvis modnes, vil kostnadene gradvis reduseres.

Flaskehals ved industrialisering av brenselcellekjøretøyer

Som nevnt ovenfor er den største flaskehalsen for brenselcellekjøretøyer på dette stadiet fortsatt tilgangen på hydrogen. Vi kan ta dagens antall bensinstasjoner og kjørelengde i Beijing som et eksempel. Per nå er kjørelengden i Beijing omtrent 22 300 kilometer, og det er omtrent 1 030 bensinstasjoner. Bare 14 hydrogenstasjoner er i bruk. En bensinstasjon kan bli funnet hver 21,6 kilometer, mens en hydrogenbensinstasjon må finnes hver 1592 kilometer.

For tiden er de fleste av Beijings hydrogenstasjoner lokalisert i forstedene, som en gang var støtteanlegg for vinter-OL. Selv om Beijing for øyeblikket har en plan om å bygge og ta i bruk 74 hydrogenbensinstasjoner innen 2025, sammenlignet med antall bensinstasjoner Fortsatt mer enn en størrelsesorden verre.

Sør-Korea er landet med den raskeste markedsføringen av brenselcellebiler i verden. For tiden har Sør-Korea mer enn 23 000 brenselcellekjøretøyer i drift, mens landet mitt har rundt 5000 kjøretøy i drift. Så langt har landet mitt 290 hydrogenstasjoner, mens Sør-Korea bare har mer enn 120 hydrogenstasjoner. Ved tredje kvartal i år var det kumulative salget i mitt land 11 027, og det kumulative salget i Sør-Korea var 31 596. Beregnet ut fra forholdet mellom kumulativt salg av brenselcellekjøretøy og hydrogenstasjoner, er andelen kjøretøy i mitt land 38,02:1, og forholdet mellom stasjoner i Sør-Korea er 263,3:1.

Men et praktisk problem er at landet vårt har et stort landareal. De 290 hydrogentankstasjonene som er planlagt av den lokale regjeringen er fordelt i 27 provinser på et land på 960 kvadratkilometer over hele landet. Gjennomsnittsarealet som betjenes av hver hydrogenstasjon er 33 100 kvadratkilometer. , selv om hydrogentankstasjoner er fordelt på relativt økonomisk utviklede områder, regner vi ut fra 50 % av landets landareal, og gjennomsnittlig strålingsradius for hver hydrogentankstasjon er 16 550 kvadratkilometer; mens Sør-Koreas 120 drivstoffstasjoner er fordelt på 103 300 kvadratkilometer. I det nasjonale landområdet er gjennomsnittlig utstrålt areal fra hver hydrogentankstasjon bare 860 kvadratkilometer.

mitt lands Guangdong-provins har 179 700 kvadratkilometer, som overstiger det totale landarealet til Sør-Korea. Det kan sees at selv Guangdong-provinsen, som har flest hydrogenstasjoner, ikke kan nå tettheten til Sør-Koreas hydrogenstasjoner. Opprinnelig var hydrogenstasjoner i Guangdong-provinsen hovedsakelig konsentrert i Foshan City. Tettheten av hydrogenstasjoner i dette området er allerede svært høy, men det er mangel på både fossil energihydrogenproduksjon og industrielt biprodukt hydrogen, og hydrogenproduksjon fra fornybar energi har ennå ikke startet. Kostnadene for hydrogen er for høye, noe som resulterer i tap av kjøretøyer i drift, og det enorme gapet i hydrogenforsyningen kan ikke møte full-last etterspørselen til hydrogen bensinstasjoner.

I tillegg, fordi den totale kommersialiseringsgraden til den globale brenselcelleindustrikjeden ikke er høy og skalaen ikke er stor nok, er den relative kostnaden relativt høy. Og hvis brenselcellen ønsker å oppnå den ideelle nullutslippsmiljøvernstandarden så mye som mulig, i tillegg til at kilden til hydrogen må være grønt hydrogen produsert av grønn strøm, bør grønn strøm også brukes så mye som mulig i produksjonen prosessen med utstyret.

Selv om mitt lands nåværende prosjekter for vindenergi og grønn kraftverk utvikler seg raskt, sammenlignet med termisk kraft, er det fortsatt en viss forskjell i strømprisene i enkelte områder hvor vindenergi og solcelleanlegg er underutviklet. Det er kanskje ikke så stor forskjell for personlig bruk, men i industriell produksjon vil det fortsatt øke den totale produksjonskostnaden.

Fremtiden til drivstoffcellekjøretøyer

For tiden, selv om noen selskaper i mitt land, som Guangzhou Automobile, Hongqi, Changan, Haima, SAIC, etc., utvikler brenselcellepassasjerbiler, og Toyota har også startet salget av Mirai II i Kina, er prisen generelt sett høyere enn for litiumbatterikjøretøyer, og Det viktigste er at forbrukerne må møte smertepunktet med vanskeligheter med hydrogenfylling.

Selv om brenselcellekjøretøyer ennå ikke har åpnet seg i markedet for nye energibiler, er økningen i salget mer avhengig av utviklingen av politikk, men dette er i seg selv en ny energibil fra ikrafttredelsen.

Prosessen som må oppleves i markedet er å gradvis løse relevante infrastrukturstøttende anlegg gjennom utprøving av nyttekjøretøy på en relativt fast rute, og fortsette å øke tettheten.

Fra perspektivet til utviklede land som Europa, USA, Japan og Sør-Korea, startet de alle med brenselcellekjøretøy på et tidlig stadium, men møtte flaskehalser i tilførselen av hydrogenenergi under utviklingsprosessen, og snudde deretter tilbake å investere i hydrogenproduksjon, lagring og transportprosjekter . Den nåværende situasjonen i mitt land er lik. I løpet av de siste to tiårene har fokus for oppmerksomhet og investering vært på brenselceller, men prosjektene for hydrogenbensinstasjon og elektrolyse har akselerert betydelig de siste to årene.

Samtidig, med teknologisk fremgang og storstilt utvikling, kan produksjonskostnadene for oppstrøms og nedstrøms industrikjeden reduseres kraftig. Brenselcellekjøretøyer er avhengige av miljøvern, praktisk energipåfylling og mange fordeler som ikke påvirkes av miljøfaktorer. Når infrastrukturforholdene er modne, kan situasjonen åpnes.

Ut fra hydrogenenergiplanene utstedt av ulike regioner, er demonstrasjonsperioden i de fleste regioner fortsatt dominert av nyttekjøretøyer frem til 2025, og planene for 2030 i noen regioner involverer personbiler. Vi tror imidlertid at utviklingen av brenselcellepassasjerbiler er mer et marked dominert av kjøretøyprodusenter etter at infrastrukturen er relativt moden og kostnaden oppfyller markedets forventninger. Innen 2030 vil kostnadene for brenselceller synke fra dagens 4000 yuan/kW til Innen 1000 yuan/kW reduseres kostnaden for hydrogen til 25 yuan/kg. Med de overlegne ytelsesfordelene til brenselceller har vi gode forventninger til bruksutsiktene.

Når det gjelder om brenselceller eller hydrogenforbrenning vil bli fremtiden, er det ikke mye konflikt mellom disse to produktene ved roten. Jeg tror det endelige resultatet av forbrukermarkedet fortsatt må avgjøres av forbrukerne.