易联:现在燃料电池车没有政府补贴,企业都在亏损。丰田、现代、巴拉德等。之所以进入中国,是因为地方政府或特殊企业买单,燃料电池汽车有市场。
本田的燃料电池车技术几经变化,但并没有大量进入市场。它的技术仍然需要创新和降低成本。因此在停产的同时,也在与美国通用开发燃料电池汽车技术。
汽车转型电动化时代,什么都有可能发生,就像有人不断举报锂离子电动车燃烧爆炸一样。
本田宣布停产燃料电池汽车只是燃料电池汽车发展过程中的一个小插曲,不会影响坚定发展燃料电池汽车的人的初心和信念。
理学硕士:目前消费者驱动的电动车,如特斯拉、蔚来、理想等。,都用锂电池。你认为氢燃料电池汽车什么时候会进入寻常百姓家?你认为要实现大规模商用需要克服哪些问题?
易联:氢燃料电池的比能量高,达到0.5-1.0 kWh/kg,是锂离子电池的2-3倍,因此特别适用于长途重载车辆。目前通过示范运行,已经证明燃料电池汽车的行驶舒适性、行驶里程、加氢时间与燃油汽车相当。
但燃料电池汽车的普及受到两个条件的限制:加氢站的数量和密度、整车价格、加氢站数量不足和布局不合理,会影响氢气的储存、运输和加注,进而影响燃料电池汽车的续航里程;如果整车价格高,普通消费者很难承担消费。
在我看来,为了实现关键材料和零部件的量产,初步降低燃料电池发动机的成本,对加氢站依赖度较低的商用车,尤其是重型卡车,应该首先实现商业化。
通过进一步依靠科技创新,简化电堆材料和系统部件,进一步降低发动机成本和对氢气纯度的要求,降低燃料氢成本,延长发动机寿命,在加氢站进一步普及氢能开发,燃料电池也可以进入乘用车市场。
从时间上来说,我认为最早也要2030-2035年,燃料电池汽车可能会进入寻常百姓家。
理学硕士:我们国家提出,未来15年,燃料电池汽车将实现商业化。如何看待这个目标预设?
易联:目前中国是世界上氢气产量和应用量最大的国家。化石燃料制氢技术成熟,氢气副产品多。碱性电解槽技术成熟,价格全球最低。因此,中国具备发展氢能的一定条件。比如可以先利用副产氢气,再利用弃风弃光的电源电解水离网制取氢气。研发硫化物、氨等对燃料电池有毒的杂质的精密净化技术。,可用于燃料电池汽车,降低燃料氢的纯度和成本。
而我国在氢气储运技术上还有差距,比如正在试验天然气管网掺氢,正在联合建立液氢生产。在应用方面,我国首次大规模示范应用商用燃料电池汽车,得到了世界汽车行业的认可。
2020年,财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委、国家能源局等五部委联合发布《关于燃料电池汽车示范应用的通知》,奖励符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化研究和示范应用,形成布局合理、各有侧重、协调推进的燃料电池汽车发展新模式,历时四年。我认为通过五部委提出的大规模示范运行,可以解决关键材料和零部件的瓶颈技术,实现量产,大幅降低燃料电池发动机的成本,初步实现商用车商业化。
然后经过4-5年的科技创新,可以实现燃料电池汽车的商业化,到2035年燃料电池汽车保有量达到100万辆。
明年北京冬奥会燃料电池汽车示范运营,就是示范城市群的典型代表。国家即将公布第一批示范城市群,北京、上海、广东肯定在其中。
2.氢动力汽车大规模商用,首先要解决三大瓶颈。
理学硕士:关于车用氢能源的经济性,目前成本高的原因是什么,主要原因是什么?
亿联:2001年,科技部成立了电动汽车总体专家组,负责电动汽车重大专项。当时总体专家组组长是万钢,我是专家组成员。目前的新能源汽车“三纵三横”发展战略是当时总体专家组提出的。
中国从20世纪末开始研发燃料电池汽车,但发展速度比基础好的锂离子电池汽车慢很多。由于燃料电池基础薄弱,电堆功率低,万钢等人提出了电-电混合的技术路线,即将燃料电池与锂离子或超级电容器进行电-电混合,不仅延长了燃料电池的寿命,还大大提高了燃料电池汽车的性能。这一技术路线已被世界各国的燃料电池汽车所采用。
但是,直到十三五开始,我国仍然存在关键材料和零部件需要从国外高价进口的现实,导致燃料电池发动机成本高,每千瓦电堆价格近万元,发动机价格翻倍。
我们说燃料电池车现在有三高:一是燃料电池发动机贵,导致车贵,是燃油车的2-3倍,是锂离子电池车的1.5-2倍。二是燃料氢价格昂贵,一般价格在一公斤60元左右。第三,加氢站建设成本高,每个达到1000-1500万。
因此,尽管燃料电池汽车之前已经成功完成了北京奥运会和上海世博会的示范任务,但产业化之路非常艰难。
也正是因为这个原因,国家五部委才会联合出台燃料电池城市群示范计划。
在“双碳目标”的指引下,中国24个省市发布了氢能和燃料电池汽车发展“十四五”规划。加拿大巴拉德、日本丰田、韩国现代、德国博世等世界燃料电池汽车及知名厂商均以合资或独资形式进入中国。所以四年内解决关键材料和部件的卡颈技术,实现国内量产是没有问题的。比如本世纪初,一辆燃料电池车的空压机,要进口,要20多万,不容易买到。目前国内已有近十家企业有产品,售价在4万元以内。
我们既要忙于产业化发展,又要有持续降低成本的RD实力,同时还要有关键核心技术的攻关能力,因为解决了瓶颈技术并不代表你就达到了国际先进水平。比如质子交换膜,我们有15微米的膜,美国戈尔公司有8微米的复合膜。如果要安装高性能的电堆,企业就得买戈尔的膜。因此,不仅要解决卡脖子技术,还要达到世界先进水平。
3.氢动力汽车和锂动力汽车不会互相替代。
理学硕士:燃料电池和锂电池之间,会是怎样的竞争趋势?锂电池本身的技术能不能发展空?锂电池汽车会被燃料电池汽车取代吗?
易联:本世纪初,科技部支持电动汽车研发,设立了重大项目,总体专家组制定了技术路线,提出要多途径发展纯电、混合动力、燃料电池。但是因为锂离子电池技术和量产有了很好的基础,所以锂离子电池汽车发展很快。
经过示范和不断创新,锂离子电池汽车不仅实现了产业化,销量达到百万辆,还引领了世界电动汽车进程。在中国,出现了当代安培科技有限公司和比亚迪等国际知名电池制造商。
然而,锂离子电池汽车仍然存在一些问题,如续航里程短、充电时间长、燃烧和爆炸等。现在换电站技术可以解决充电时间长、里程焦虑等问题,但要实现换电站的普及还需要很长时间。要解决燃爆问题,应该寄希望于固态电池,可能需要更长的时间。而比亚迪的刀锋电池、广汽的弹匣电池等技术有望解决这一问题。让我们等待大规模驾驶实验的结果。
如果用四年时间解决关键材料和部件的卡脖子技术和量产,并大幅降低成本,到2025-2030年,燃料电池汽车的价格可能接近锂离子电池汽车,在商用车中显示出优越性。
还需要创新,比如通过创新简化电池系统和电堆结构,比如去除加湿器和扩散层,将电池工作温度提高到150-200度,消除两相流,改善流体分布,提高电堆工作电流密度和比功率等。
看来现在燃料电池车和锂电池车大家都在进步,而不是谁毁了谁。未来锂电池车可能会主导乘用车和短途车;燃料电池汽车将在长途和重型商用车中占主导地位,对吗?燃料电池的比能量高,可达0.5-1.0 kW/kg,因此特别适用于长途重载车辆。燃料电池重卡是当今世界研发和销售的热点。它们可以通过竞争相互促进,共同为碳中和做出贡献。
理学硕士:有专家说,氢的“四最”是RD改变不了的:体积能量密度最低、分子最小、最容易泄漏、爆炸范围最广的物质。它的应用不仅面临运输和储存问题,还面临安全问题。你怎么想呢?
衣恋:物质的本质是无法改变的,但是我们可以通过技术进步找到合适的处理方式。
一方面,氢气的体积能量密度最低,但其质量能量密度却比石油和天然气高好几倍。人们可以在压力容器中加压储存氢气。现在四型储氢瓶的储氢量已经达到6%左右,可以满足汽车应用的要求。对于重型卡车来说,因为燃料电池里程长,功率大,所以最好使用液氢。
另一方面,为了安全问题,氢气不仅分子小,容易泄漏,而且具有氢脆的特性。因此,有必要开发抗氢脆材料,制备氢气管道和抗氢脆涂层,改造天然气管网进行掺氢输送。
出于安全考虑,我们应该利用氢的另外两个特性:快速扩散和易于检测。氢气传感器安装在可能发生氢气泄漏的地方。当氢气浓度达到5 ‰时,轴流风机将自动启动,排除氢气,确保安全。到目前为止,全世界有3万多辆燃料电池汽车在运行,没有一辆发生燃烧或爆炸。
燃料储存在高压氢气瓶里。只要发现燃料电池有故障,关闭氢源,燃料电池就不会燃烧爆炸。
图片来源/受访者
4.电动车技术在发展,不会被燃油车打败。
理学硕士:你认为现有的电池技术可以解决里程焦虑吗?据说燃料电池在这方面优于锂电池。除了锂电池和氢燃料电池,也有人尝试用石墨烯等新材料制作电池。你认为会有更好的材料吗?
易联:目前锂离子电瓶车是通过更换电池来解决里程焦虑问题,也就是建设和更换电站。但电站普及需要时间,其标准的执行与电池企业能否接受密切相关。目前换电站是汽车公司做的,只能更换自己的电池模块。
目前各方都在研发先进的电池,其中也有考虑钠电池等材料的。钠丰富,所以不会缺材料。有的考虑容量,比如锂硫电池、锂-空气体电池等。,但要应用在汽车上还需要时间。
理科硕士:因为100多年前就有电动车了,但是电动车没有和燃油车竞争。现在电动车又火了。和一百年前的情况有什么不同?
易联:电动车的性能主要靠电池。电池的主要指标是体积比能量和比功率,质量比能量和比功率,以及它的安全性。一百年前,电池,如铅酸电池,具有非常低的比能量。现在,当它们达到每公斤40瓦时,它们的体积甚至低于它们的比能。所以电动车的性能和里程是不能和燃油车相比的。
后来高比能量锂离子电池的出现,首先成功应用在手机、电脑和各种电动工具上。本世纪初,10千瓦以上模块的比能已经达到每公斤80-100瓦时。当它作为汽车的动力时,一次充电可以行驶一两百英里,电动车又开始兴起。
随着电池材料和结构的不断创新,如今电池的比功率已经达到了每千克近300瓦时。结合动力交换技术,已经可以和燃料电池车的加油、加氢相抗衡了。
5.互联网公司造车的进入,对电动车发展是利好。
理学硕士:与美国等国家相比,我们在电动车电池技术上有什么样的差异?在技术上有竞争吗?他们的电池技术路线是怎样的?
易宝莲:中国引进了美国电动车公司特斯拉。特斯拉生产的电动汽车在中国的销量远远超过比亚迪等中国企业,这反映出美国的电池管理和车辆控制技术还是比较先进的。因此,我国电动车企业也应加快技术创新,推动电动车技术进步,提高车辆性能,降低售价。
目前,锂离子电池的主要制造商在亚洲,即中国、日本和韩国。特斯拉也在使用中国电池公司生产的电池。世界上锂电池的技术路线都差不多。现在用液体电解质,正在研发固态电池,解决电池安全问题。
电动汽车为智能汽车提供了优越的条件,后来发展的智能电动汽车更加依赖软件和芯片。美国有软件和芯片的优势,这在美国电动车公司特斯拉的产品介绍中已经有所体现。因此,我国电动汽车企业应大力推进软件和芯片的RD和产业化,完善电池模块管理系统和整车控制,保持电动汽车的领先地位。
理学硕士:电动汽车领域上升为国家发展战略,促使更多社会投资涌入。这是否有助于促进电动汽车的创新和发展活力?
易宝莲:我觉得既要看到目前新能源汽车的发展方向和势头,也要重视百年汽车工业的基础和积累,结合业余爱好者和专业人士的相互优势。互联网公司如果想进入造车行业,最好和传统车企合作成立电动汽车公司,利用双方的技术优势,加速中国电动汽车的发展。
随着汽车向电动化、网联化、智能化、共享化方向发展,车辆的硬件成本和利润贡献比重下降,软件成本和利润贡献比重大幅上升。互联网公司在大数据、云计算、5G等技术上优势明显,大量进入造车行业,可以推动电动汽车的快速发展。
引用或参考资料来源:今日科协、科技新闻等。
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