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新能源汽车的未来究竟是“纯电动”还是“混合动力”?

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发表时间:2019-11-24 13:56

开门见山先说一下自己观点:未来肯定是纯电动汽车的天下,而对比燃料电池我更看好固态电池的发展。


核心原因:固态电池比燃料电池,对于社会的能源切换成本低

混动车型近几年如雨后春笋般出现在大众眼前。作为采用内燃机和电动机两种动力源的汽车,混合动力汽车可以充分利用内燃机和电动机两种动力的优势,尽可能提高发动机的工作效率,减少能源的消耗。就普通混动车来说,在启动及低速阶段,车辆采用驱动电机来行驶,因为此时发动机的工作效率不高且排放较高。而在进入中高速阶段时,发动机的工作效率高,这时不仅可以用来驱动车辆行驶也可将多余的功率给动力电池充电。另外,在制动或者减速的时候,混动车能够进行能量回收给动力电池充电,进一步节省了能耗。

其中的代表就是丰田、本田与现代的混动车型。这里注重说一下世界第一大汽车品牌和制造商—丰田,从1993年,丰田就开始在普锐斯车型上尝试进行混动技术的开发,1997年开始了第一台混动车-皇冠混动版本的销售,到2017年底,20年的时间里,总计销量超过1000万台,不可谓不风光

但就在10月22日,东京车展开幕前夕,作为东道主之一的丰田表示,将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池的电动汽车,以此展示其电池技术。丰田汽车CTO寺师茂树表示,2025年左右可以大规模生产固态电池汽车。

丰田之前一直认为目前的液态锂离子电池形态只是过渡,导致丰田在锂离子电池布局上稍显被动。而新能源汽车的爆发促使着丰田加速转型,和往年东京车展丰田多技术线路雨露均沾相比,这一次丰田更专一,纯电动和固态电池占了主要的篇幅。眼下燃眉之急的电池供应,丰田采用的是与比亚迪、松下等电池厂商合资建厂的方式解决。而固态电池技术则是丰田面向未来的大杀器,是丰田扭转电动化战局的关键所在。

那么之前一直备受吹捧的燃料电池发生了什么呢?

燃料电池是一种能量转化装置,它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置,因此被称为燃料电池。对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因此反应过程既清洁,又高效。因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制。氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。

新能源汽车的未来究竟是“纯电动”还是“混合动力”?


氢燃料电池具有重量轻、寿命长、能量密度高、补给时间短、续航里程更长以及不受环境影响等特点。但其关键部件质子交换膜、催化剂、双极板等核心技术长期被国外垄断,严重制约产业发展,而且国内尚未形成制氢、储氢、加氢充分配套的氢能生态链,氢能基础设施建设不足,短期内难以大范围推广。

简单来说缺点与优点都很明显:

优点:环保(只生成水);加氢效率和加油差不多;效率高

缺点:难储藏(无论对车还是对人);基础设施薄弱;技术壁垒严重

对比来看,固态电池虽然有充电速度、重量上和受温度影响严重等缺点,但电力传输网络目前健全,留有足够空间进行持续优化,像以上的几个缺点一方面由广大群众进行了风险分担,而不再集中于能源,另外也会随着技术进步逐渐优化。


对比锂电池,固态电池有哪些优势?

新能源汽车的未来究竟是“纯电动”还是“混合动力”?


举个形象一点的例子,锂离子就像搬砖的民工,不是在搬砖,就是在搬砖的路上。作为工头,假定每个民工一次搬砖的量都是一样的(每个锂离子额定带电量是一致的),你总希望民工多一点,这样一次搬的砖多一点(电池容量大一点);搬砖速度更快一点(充电更快,放电功率更大);民工离职率低一点(循环寿命高一点)。但是,锂离子电池的体系,远比这个搬砖系统要复杂的多。你需要在这个化学体系里,找到一个稳定的区间,让锂离子踏踏实实的工作,保证系统的安全。然后,还需要压榨系统的极限,让不直接参与反应的辅助材料越少(越薄)越好。在现在的液态锂离子电池体系下,这是一个平衡的艺术,需要在成本、容量、性能、密度、安全、规模生产效率之间找到平衡点,所有方面都达到最优是不存在的。而这里面最大的冲突就是性能与安全的平衡,现有体系的锂电池为了提高能量密度,耗费大量的精力在材料选型、电解液调整、结构设计上,并且这个平衡术可能部分牺牲了电池的稳定性和寿命。现在的锂离子电池最为人所诟病的基本上也是这两点:安全和能量密度(续航焦虑)。

全固态电池把电解液换成了固态电解质,锂电池变成了锂离子电池


固态电解质的电化学稳定窗口可达5伏以上。这至少意味着两件事:1、可以做大电芯;2、可以改变现有的正负极材料体系。虽然这不是个新的概念,但是在现在这样一个“恐电”相当有市场的时代,仅仅这一理念就可以换来拥趸无数。

新能源汽车的未来究竟是“纯电动”还是“混合动力”?


事实上,固态电池由于不需要液体的浸润,仅需要固态电解质将正负极片隔开,那么金属物质材料的选择就变得非常关键。而目前这项技术最大的挑战也就在于,由于固态电解质电导率总体低于液态电解液,这导致了目前固态电池的倍率性能整体偏低,内阻较大,所以固态电池暂时无法满足快充要求

不过,导电率与温度关系非常大,因此温度较高的状态下工作,会使得电池更好地发挥性能。此外,电池的导电率要维持在正常的水平,电流过高过低都有可能引起其他问题。

新能源汽车的未来究竟是“纯电动”还是“混合动力”?


固态电池可能是未来电池技术的发展方向之一,但就目前技术来讲的话,并不是一个最佳的,首先在于它的一个价格,液态锂电池的成本大约在每千瓦时200~300美元,固态电池的成本要在1.5万美元。

最终选择哪条路线,这个还是需要看一下哪条路线发展更快,更加接地气,所谓的接地气就是在商业化的规模和成本方面都能够达到一个完美的平衡点,首先使用的材料必须不能是高成本且稀有的,其次要在各个行业和领域都有实现大规模应用的可能。


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