本文发表在 rolia.net 枫下论坛这篇文章一共四章,第三/四章讲的就是真正的“新能源”汽车了。Battery Electric Vehicle和Fuel Cell是最常见的两种新能源汽车。虽然两者最终都是用电动机驱动,但是能量存储和转换方式不一样,实际情况也很不一样。
Fuel Cell的原理我们就不多说了,这里着重说说使用情况和优缺点。Fuel Cell比较有名的就是丰田的Mirai。丰田本田等厂商出于种种原因一直不愿意使用Lithium-ion battery,NI-MH电池虽然寿命长,对工作环境要求不高,但是能量密度太低,不能满足汽车续航的需求。Toyota和Honda一直致力于燃料电池。燃料电池的价格一直下不来,最贵的就是那个催化剂。现今最有效的催化剂还是含大量的铂。而且燃料电池的生产比较复杂,工艺不够成熟。Mirai能卖5万多美金已经是一个很了不起的成就了。Mirai specs里面说加满气能跑300 mile,5分钟加满。这对于电池动力的纯电动车动辄几个小时的充电时间和一两百公里的续航能力真的是太有吸引力了。这也可以说是燃料电池汽车的最大优势。Mirai开卖时北美只在加州看得见,卖得也很少,都是lease。
从动力上说燃料电池的功率密度比较低,Mirai两吨重,才150多匹马力。Fuel Cell低温下启动困难,据说丰田已经解决这个问题。如果说价格不是问题,那么燃料电池最大的问题就是氢气的来源,运输和存储。氢气并非很好的能量存储介质。高压氢气会和多数金属结合成为氢化物,氢化物很脆没有强度。氢气的分子很小,很易泄漏,普通的密封根本无效。液氢实在不适合民用领域,现在的Fuel Cell汽车用的都是高压氢气。Mirai的储存罐可以加压到10000psi。10000psi是一个很可怕的数字,一旦存储罐爆裂,碎片的威力很大。丰田的工程师用凯拉夫纤维加强了Mirai的储气罐。据说Mirai综合发电效率不到50%,剩下的都变成了热能。不过即便工业用燃料电池发电效率也不会超过60%。加州的加氢站实际使用效果不太好,10000psi的压缩机必然是multi-stage的,加压的时候放出大量的热,而且随着储气罐压力的提高,输入氢气的速度越来越低。一些用户反应Mirai加氢速度远低于厂方说的数据,很多人都要呆15分钟以上。在加州,一台加氢站的造价超过2百万,这还不算地皮的价格,所以加氢站建设一直无法铺开。氢气的制取也是一个巨大的问题。制氢方法很多,工业上氢气也是很多化工厂的副产品。但是工业氢气纯度不够,直接给fuel cell,催化剂分分钟会中毒失去效用,而气体提纯成本出奇的高。另外,几乎没有人会用电解水的方法,因为效率太低,成本太高。工业制纯氢一般都是用水解天然气。目前加州氢气的价格让mirai的运行成本和普通汽油车不相上下。说了氢气的存储和生产,不能不说运输问题。氢气最有效的运输方式还是管道,可是铺设全国范围内的管道又是一笔巨大的开销,这种管道对密封要求很高。氢气泄漏也容易爆炸。目前来看,Fuel Cell最合适的地方是定点间的运输和固定的发电设备,使用在汽车上实在不算一个明智的选择。
以上说的都是使用中的问题,实际上氢气是一种极端浪费能量的能量存贮介质,这当然是另外的事情了。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
Fuel Cell的原理我们就不多说了,这里着重说说使用情况和优缺点。Fuel Cell比较有名的就是丰田的Mirai。丰田本田等厂商出于种种原因一直不愿意使用Lithium-ion battery,NI-MH电池虽然寿命长,对工作环境要求不高,但是能量密度太低,不能满足汽车续航的需求。Toyota和Honda一直致力于燃料电池。燃料电池的价格一直下不来,最贵的就是那个催化剂。现今最有效的催化剂还是含大量的铂。而且燃料电池的生产比较复杂,工艺不够成熟。Mirai能卖5万多美金已经是一个很了不起的成就了。Mirai specs里面说加满气能跑300 mile,5分钟加满。这对于电池动力的纯电动车动辄几个小时的充电时间和一两百公里的续航能力真的是太有吸引力了。这也可以说是燃料电池汽车的最大优势。Mirai开卖时北美只在加州看得见,卖得也很少,都是lease。
从动力上说燃料电池的功率密度比较低,Mirai两吨重,才150多匹马力。Fuel Cell低温下启动困难,据说丰田已经解决这个问题。如果说价格不是问题,那么燃料电池最大的问题就是氢气的来源,运输和存储。氢气并非很好的能量存储介质。高压氢气会和多数金属结合成为氢化物,氢化物很脆没有强度。氢气的分子很小,很易泄漏,普通的密封根本无效。液氢实在不适合民用领域,现在的Fuel Cell汽车用的都是高压氢气。Mirai的储存罐可以加压到10000psi。10000psi是一个很可怕的数字,一旦存储罐爆裂,碎片的威力很大。丰田的工程师用凯拉夫纤维加强了Mirai的储气罐。据说Mirai综合发电效率不到50%,剩下的都变成了热能。不过即便工业用燃料电池发电效率也不会超过60%。加州的加氢站实际使用效果不太好,10000psi的压缩机必然是multi-stage的,加压的时候放出大量的热,而且随着储气罐压力的提高,输入氢气的速度越来越低。一些用户反应Mirai加氢速度远低于厂方说的数据,很多人都要呆15分钟以上。在加州,一台加氢站的造价超过2百万,这还不算地皮的价格,所以加氢站建设一直无法铺开。氢气的制取也是一个巨大的问题。制氢方法很多,工业上氢气也是很多化工厂的副产品。但是工业氢气纯度不够,直接给fuel cell,催化剂分分钟会中毒失去效用,而气体提纯成本出奇的高。另外,几乎没有人会用电解水的方法,因为效率太低,成本太高。工业制纯氢一般都是用水解天然气。目前加州氢气的价格让mirai的运行成本和普通汽油车不相上下。说了氢气的存储和生产,不能不说运输问题。氢气最有效的运输方式还是管道,可是铺设全国范围内的管道又是一笔巨大的开销,这种管道对密封要求很高。氢气泄漏也容易爆炸。目前来看,Fuel Cell最合适的地方是定点间的运输和固定的发电设备,使用在汽车上实在不算一个明智的选择。
以上说的都是使用中的问题,实际上氢气是一种极端浪费能量的能量存贮介质,这当然是另外的事情了。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net