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鋰離子電池和氫燃料動(dòng)力鋰電池的一些分解

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:679次  |  2022年03月22日  

鋰離子電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的???a href="/keywords/cddc/" class = "seo-anchor" data-anchorid=150 target="_blank">充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制,今朝惟有少數(shù)幾個(gè)國家的公司在加工這種鋰金屬電池。


氫燃料動(dòng)力電池


氫燃料動(dòng)力電池是使用氫這種化學(xué)元素,制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。


氫燃料動(dòng)力電池特點(diǎn)無污染燃料動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng),而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方法。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料動(dòng)力電池只會(huì)萌生水和熱。假如氫是通過可再生能源萌生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不萌生有害物質(zhì)排放的過程。


無噪聲燃料動(dòng)力電池運(yùn)行靜謐,噪聲約莫惟有55db,相當(dāng)于人們正常攀談的水平。這使得燃料動(dòng)力電池適合于室內(nèi)安裝,或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

高效率燃料動(dòng)力電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料動(dòng)力電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,筆直將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。


氫燃料動(dòng)力電池和鋰離子電池比較分解


縱觀人類歷史,文明的進(jìn)步本質(zhì)上就是能量輸出強(qiáng)度的進(jìn)步。早期的農(nóng)業(yè)文明,動(dòng)力以人畜、木柴等生物能為主,輸出功率非常有限,還受到土地承載能力的限制,經(jīng)濟(jì)只能在低水平不斷循環(huán);18世紀(jì)工業(yè)革命后,隨著蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的推廣,基礎(chǔ)能源變?yōu)橐悦禾?、石油為代表的化石能源,能量密度提升了上百倍,GDP也終于沖破了"馬爾薩斯陷阱"的束縛,呈現(xiàn)了指數(shù)型的上升。目前全球能源結(jié)構(gòu)為原油33%,天然氣24%、煤炭30%,核電4%、水電7%和新能源2%,化石能源居于絕對(duì)主導(dǎo)地位。但展望將來,我們判斷人類能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)到了再次大變革的前夜,石油將有望在30年內(nèi)被全面替代,以燃料動(dòng)力電池為代表的氫能源將成為新的主導(dǎo)能源!


能量密度比較


鋰離子電池作為蓄電池的一種,是個(gè)關(guān)閉體系,電池只是能量的載體,非得提前充電才能運(yùn)行,其能量密度取決于電極材料的能量密度。由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極,所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料,如從鉛酸、到鎳系、再到鋰離子電池。但鋰已經(jīng)是原子量最小的金屬元素,比鋰離子更好的正極材料理論上就惟有純鋰電極,但能量密度其實(shí)也惟有汽油的1/4,而且商業(yè)化的技術(shù)難度極大,幾十年內(nèi)都無望沖破。因此鋰離子電池能量密度提升受制于理論瓶頸,空間非常有限,最多也就是從目前的160Wh/KG提高至300Wh/KG,即使達(dá)到也惟有燃料動(dòng)力電池的1/120,可謂輸在起跑線上。

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IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

體積能量密度比較


燃料動(dòng)力電池的原料氫氣重要缺點(diǎn)就是體積能量密度不高,今朝基本上是采用加壓來處理這個(gè)問題。按照現(xiàn)行的700個(gè)大氣壓的加壓模式,其體積能量密度是汽油1/3。同樣跑300公里,燃料動(dòng)力電池儲(chǔ)氫罐體積為100L,重量為30KG,對(duì)應(yīng)汽油車油箱為30L,但電動(dòng)機(jī)體積比內(nèi)燃機(jī)小80L,總體積相差不大。鋰離子電池車分為三元和磷酸鐵鋰兩種主流技術(shù)路線,代表公司為Tesla和比亞迪。三元能量密度更高,但安全性差,要輔助的安全保護(hù)設(shè)備,跑300公里所需的兩種電池體積分別為140L和220L,重量為0.4噸和0.6噸,都遠(yuǎn)高于燃料動(dòng)力電池。展望將來假如儲(chǔ)氫合金和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)能夠沖破,燃料動(dòng)力電池體積能量密度將分別新增1.5倍和2倍,優(yōu)點(diǎn)會(huì)更為分明。


功率密度比較


燃料動(dòng)力電池本質(zhì)上可以理解為以氫氣為原料的化學(xué)發(fā)電系統(tǒng),因此輸出功率比較穩(wěn)定,為了最大提高放電功率非得附加動(dòng)力鋰電池系統(tǒng),如豐田Mirai就是配套鎳氫電池。但作為一個(gè)開放的動(dòng)力系統(tǒng),其能量來自于外部輸入,附加的鎳氫電池不要考慮儲(chǔ)能的問題,只要5-8度就能滿足需求,對(duì)電池壽命的要求也不高,在真切工況下的使用限制很少。鋰離子電池雖然理論放電效率很高,但為了不傷害電池壽命,使用限制很多。在洋溢電的情況下不能大倍率放電,快速放電只適用0-80%這個(gè)區(qū)間。即使如此,以5C倍率放電,試驗(yàn)室中的電池循環(huán)壽命也會(huì)縮短到惟有600次,真切工況下會(huì)進(jìn)一步降至400次,如Telsa即使最大功率可達(dá)310KW,但實(shí)際放電倍率也惟有4C。而且鋰離子電池作為能量密度不高的關(guān)閉儲(chǔ)能體系,高功率放電和高續(xù)航里程基本很難兼容,除非大幅提升電池重量。即使Tesla采用了目前能量密度最好的三元電池,其電池包件重量都接近半噸。


安全性比較


除了上述指標(biāo),安全性關(guān)于機(jī)動(dòng)車來說無疑也非常關(guān)鍵。鋰離子電池作為關(guān)閉的能量體系,從原理上高能量密度和安全性就很難兼容,否則就等同于炸彈。因此今朝主流工藝路線中,能量密度低的磷酸鐵鋰安全性卻較好,電池溫度達(dá)到500-600度時(shí)才開始分析,基本不要太多的保護(hù)輔助設(shè)備。Telsa采用的三元電池能量密度雖高,但不耐高溫,250-350度就會(huì)分析,安全性差。其處理辦法是并聯(lián)了超過7000節(jié)電池,大幅降低了單個(gè)電池漏液,爆炸帶來的危險(xiǎn),即使如此也還要結(jié)合一套復(fù)雜的電池保護(hù)設(shè)備。并且前期發(fā)生的幾次事故,雖然得益于Telsa的安全設(shè)計(jì)并沒有出現(xiàn)人員傷亡,但就事故本身而言,其實(shí)都是非常輕微的碰撞,車身也沒有收到什么傷害,但電池卻著火了,也側(cè)面反映了其安全性上天然的劣勢(shì)。


原料成本比較


2L汽油車百公里耗油為10升,5.8元/L的汽油售價(jià),成本為58元。鋰離子電池車百公里耗電量為17度,0.65元/度電成本,成本11元。燃料動(dòng)力電池百公里消耗氫氣9方,制氫方式重要分為電解水或者化學(xué)反應(yīng),如煤制氫、天然氣制氫等。電解水成本重要是電,均勻5度電1方氫氣,成本約為3.8元/方,但可以在加氫站筆直電解,省掉運(yùn)輸費(fèi)用。假如采用化石能源大規(guī)模聚集加工,國內(nèi)成本最低的是煤制氫氣,約為1.4元/方,北美則可利用廉價(jià)的天然氣,成本在0.9元/方。假如我們以煤制氣成本作為標(biāo)準(zhǔn),百公里原料成本12.6元,和鋰離子電池差別不大。


配套成本比較


加氫站、加油站、充電站成本重要分為土地成本、設(shè)備成本、建設(shè)成本,差別重要體今朝設(shè)備成本。加油站基本在300萬元,充電站為430萬元,加氫站以日本目前的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)為1500萬元,整體上加氫站成本要高1000萬元左右。按照15年折舊,每年銷氣量1000萬方,則折舊成本為0.1元/方。小規(guī)模時(shí)氫氣一般以槽罐車運(yùn)輸,預(yù)計(jì)運(yùn)費(fèi)為0.44元/方,規(guī)模張大后則可采用管網(wǎng)運(yùn)輸,成本會(huì)下降至0.23元/方。


雖然鋰離子電池現(xiàn)階段依托于現(xiàn)成的電網(wǎng)系統(tǒng),配套成本很低。但假如大規(guī)模推廣,現(xiàn)有電網(wǎng)的容量冗余基本都將被耗盡,將來非得要大規(guī)模擴(kuò)容。因此充電站本質(zhì)上是將配套成本外部化給了電網(wǎng),因此計(jì)算其全產(chǎn)業(yè)鏈成本時(shí)還要添加電網(wǎng)端的成本。一般商業(yè)化運(yùn)營的充電站至少都要達(dá)到1小時(shí)快充的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)應(yīng)10個(gè)充電樁組成的充電站的功率都要達(dá)到600千瓦,相當(dāng)于上百戶家庭的用電負(fù)荷,對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的沖擊極大。對(duì)應(yīng)電網(wǎng)要新增投資120萬元來擴(kuò)容負(fù)荷,但每年新增售電量惟有93萬度,按照0.65元/度購電成本,電網(wǎng)端15年收回投資測(cè)算,則售價(jià)要在成本基礎(chǔ)上新增0.18元/度。


銷售端成本測(cè)算


加油站的銷售網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常成熟,其每小時(shí)的利潤水平可以作為加注站合理回報(bào)的測(cè)算基準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)加氫站每方價(jià)差為0.51元,鋰離子電池每度電則為4.9元。該電價(jià)情況下,鋰離子電池車基本無法推廣。目前國家規(guī)定充電站服務(wù)費(fèi)上限為0.4元/度,但其背景是給予了大量補(bǔ)貼。但沒有任何產(chǎn)業(yè)可以長期依賴補(bǔ)貼來發(fā)展,將來假如鋰離子電池的充電效率不顯著提升,在加注站這個(gè)環(huán)節(jié),公司的盈利水平會(huì)大幅低于加油站和加氫站。沒有合理回報(bào),在目前寸土寸金的大城市,投資者根本沒有任何激勵(lì)去推廣充電站,產(chǎn)業(yè)自然也無法發(fā)展。但鋰離子電池低能量密度過低,假如強(qiáng)行實(shí)現(xiàn)高充電效率,電池循環(huán)壽命面對(duì)的工程挑戰(zhàn)就會(huì)非常巨大。而且即使能實(shí)現(xiàn)3分鐘快充,但對(duì)應(yīng)單個(gè)充電樁的功率要高達(dá)1200千瓦,每個(gè)充電站都要配套一個(gè)110千伏變電站。其投資高達(dá)5000萬元,占地5000平米,且周圍300米還不能有居民樓,關(guān)于今朝沿海大城市在操作層面上挑戰(zhàn)也很大。


總計(jì)成本


綜合上述所有成本,汽油車、鋰離子電池車、現(xiàn)階段和充足商業(yè)化后燃料動(dòng)力電池車的百公里成本為58、83、23和20元。由于銷售價(jià)差占鋰離子電池成本比重很高,我們考慮到充電樁設(shè)備投資是加氫站的1/3,將其小時(shí)利潤降至1.4元,綜合成本也還有37元,燃料動(dòng)力電池車長期成本優(yōu)點(diǎn)依然非常分明。其實(shí)這所有的根源還在于燃料動(dòng)力電池能量密度最高,同等商業(yè)化情況下,成本自然具備優(yōu)點(diǎn)。


新能源車發(fā)展的一個(gè)緊要邏輯就是節(jié)能環(huán)保,這對(duì)我國無疑更為緊要。目前我國不但空氣污染嚴(yán)重,而且石油進(jìn)口依存度高達(dá)60%,其中85%還要經(jīng)過美國控制的馬六甲海峽,能源安全已成為我們國家安全的最大軟肋。因此國家給予新能源車巨額補(bǔ)貼,一個(gè)緊要原由就是為了緩解對(duì)石油的進(jìn)口依存度。那么下文我們就從節(jié)能、環(huán)保和資源約束等方面對(duì)兩者進(jìn)行比較,詳盡如下:


節(jié)能環(huán)保比較


燃料動(dòng)力電池原料氫氣在我國目前最經(jīng)濟(jì)的手段是煤制氫,鋰離子電池的原料電力,在我國也重要來自于煤炭發(fā)電。因此這兩者本質(zhì)上能量都來自于煤炭,碳排放只不過是轉(zhuǎn)移給了上游,因此是不是節(jié)能,重要就是看能量轉(zhuǎn)換效率。目前鋰離子電池車每百公里耗電17度,對(duì)應(yīng)6.8公斤煤炭;燃料動(dòng)力電池每百公里耗氫9方,儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)損耗20%,對(duì)應(yīng)煤炭為7.3公斤;汽油車每百公里耗油10L,碳排放相當(dāng)于10公斤煤炭。其實(shí)新能源車的節(jié)能效果都不分明,其核心價(jià)值還是在于將一次能源消耗從石油轉(zhuǎn)化為我國儲(chǔ)量豐富的煤炭,緩解了能源安全問題。而從環(huán)???,燃料動(dòng)力電池幾乎沒有尾氣排放,鋰離子電池也惟有少量排放,全產(chǎn)業(yè)的污染重要聚集在上游。但比起解決分散的汽油車尾氣排放,上游的聚集治污無疑難度要小很多。綜合而言,燃料動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的污染最低,基本可以認(rèn)為是最佳的綠色車用能源。


鉅大鋰電,22年專注鋰電池定制

鉅大核心技術(shù)能力