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氢能源燃料电池车型亮相冬奥,电动化的赛道氢能源能跑多快?
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氢能源燃料电池车型亮相冬奥,电动化的赛道氢能源能跑多快?

2022年02月18日 17:22
来源:非常好车

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前几天,直到在高速路上看到了一辆被驮着的氢燃料电池版 丰田柯斯达冬奥保障车,才恍然回过神来:原来现在的氢燃料电池汽车,已经在悄然之间走入了我们的生活!

其实,回望好几年之前,氢燃料电池汽车就已经被日系 厂商拿出来“吹了一波又一波”。尤其是很早就在布局氢燃料电池汽车的 丰田,除了此次在北京冬奥会上大放异彩之外,更是在2020年的时候就打造出了 第二代 MIRAI氢燃料电池汽车。我们不禁思考:氢燃料电池,究竟有怎样的魔力?以至于成为了 新能源汽车领域的全新增长极。

首先,来看看氢燃料电池是何方神圣? 1766年,英国科学家卡文迪什发现用铁、锌等物质与稀硫酸、稀盐酸作用,可以制得一种“易燃气体”;随后,他又用普利斯特里发明的排水集气法把它收集起来,进行研究。他发现这种气体与空气混合后点燃会发生爆炸,与氧气化合后会生成水,这种气体,便是氢气。

能燃烧、会爆炸的气体,并且在爆炸后还只会产生水的氢气,不正是“人类优质燃料”嘛? 只不过,由于曾经的 发动机技术跟不上,人们只能利用汽油、柴油推动内燃机;在20世纪中前期,氢气只能用来为“兴登堡号飞艇”提供浮力……然后还发生了著名的“兴登堡号空难”。 随着技术的发展,研究者发现:氢气除了可以通过燃烧产生能量之外,还能通过氧化还原反应提供电能。而电能,也可以推动汽车!于是,“用氢发电”的燃料电池,登上了历史舞台。

简单来说,氢燃料电池,就是通过“铂”金属与“镍”金属作为电催化剂,让氢与氧发生氧化还原反应,从而“制造出电流”,并且实现电能的存储或者用以驱动电力设备。 人类对于氢燃料电池的实际应用,可以追溯到美国在上世纪六十年代开展的探月计划中。在阿波罗计划中,氢燃料电池登上飞船,成为了备用电源,为人类登陆月球起到了重要作用;参与阿波罗计划的通用汽车,则把燃料电池技术首次应用在汽车行业,并且推出了全球第一款燃料电池汽车——Electrovan。

这台由燃料电池提供动力的“新能源车”,采用了32个串联薄电极燃料电池模块组成,持续输出 功率为32千瓦,峰值 功率为160千瓦,完美诠释了燃料电池技术的可行性潜力。 在此之后,各大汽车 厂商也展开了对燃料电池汽车的研究,当然,这也是对新能源探索的另一条路。

电动与氢能,究竟谁会最终被市场选择? 目前,化石能源被可持续、低污染的新能源替代已经成为了趋势。而在新能源中,目前我们可以大致分为外界电源充电式纯电动车(也就是目前主流的电动汽车),以及氢能源燃料电池汽车。那么,从实际的运用层面来看,它们都有怎样的优缺点呢?

首先,我们来聊聊电动汽车的优缺点问题。 通过大容量电池,实现纯电驱动或者混合驱动,这的确不失为一种快速且有效的“能源切换方式”。传动的电池+电驱模式,对车企和相关供应商的技术要求并不高。世界一线 厂商可以造,十八线小 厂商甚至是老头乐 厂商也可以造。

而且,现在的电池技术也日趋成熟,其车辆的制造成本也不再像以前那么高。 举个例子,电池容量为60kWh的 特斯拉Model 3,在国内的售价可控制在28万元以内;电池容量为69.9kWh的 广汽埃安AION S Plus可以把售价控制在17万元出头。随着电池+电驱系统的成本日益降低,纯电动或混动车型的售价逐渐能够被普通消费者所接受。 当然,这种传统电驱技术也存在一定的弊端。从用户角度出发,车辆续航、冬季掉电快、充电时间长等问题至今没有得到妥善解决,这样让大部分 电动车都只是“城市车型”。从环保的角度出发,目前我们主流的发电形式仍然是火力发电,相当于把污染进行了“转嫁”。 其次,我们再来聊聊氢能源燃料电池在目前的优缺点。 首先,氢燃料电池的优点在于可靠性强、能量补充形式更加方便。首先,关于可靠性的问题。我们可以把氢燃料电池理解为“混动车”:在车辆需要电的时候,就通过氧化还原反应进行发电,做到随充随用,绕开了电池在冬季掉电快的问题。

而且氢气在氧化还原反应中,由于并没有进行燃烧,所以热损失更小,其发电效率可达60%以上,也就是说:相比于发电效率只有40-50%的燃油机混动系统,氢燃料电池更加高效。 回到续航和能量补充速度方面,氢燃料的热值,比传统的燃油高了三倍左右(能量密度更高)。搭配超高发电效率,小小的一瓶氢气,足以支撑一台2吨左右的 乘用车实现750km甚至更高的续航。而且在补氢站中,加注燃料的时间往往只需要三分钟左右,和普通的燃油加注时间差不多。

不过,从目前的技术条件来看,氢燃料电池也存在不少的弊端。最大的问题,在于全产业链的制造成本居高不下。 举个例子: 现代汽车在2013年实现了了ix35 FCV(氢燃料电池车)的量产。但由于在制造氢燃料电池的时候,其催化装置需要用到大量贵金属,再加上昂贵的渗透膜, 现代ix35 FCV车型的售价超出了同 级别燃油车的数倍之多。在北美,iX35 FCV的价格甚至比 宝马528i还要贵上不少。

另外一个问题,就在于氢气的制备方面。 和电力一样,氢气在终端应用过程中虽然环保无污染,但是在制备的过程中,分为“灰氢、蓝氢、绿氢”三种方式。 其中,灰氢是通过化石燃料燃烧产生氢气,污染最大;蓝氢是增加了碳捕捉、碳封存技术,本质仍然是化石燃料燃烧产生氢气,污染相对较小;绿氢则是通过光伏、风能等可再生能源方式进行电解水制氢,全程零碳。 要想实现真正全产业链的零污染,就需要用到最后一种电解水方式制氢。而这一制氢方式的成本并不低,而且产量低。据相关数据显示:2021年我国氢能产量已经突破3000万吨,但绿氢产能很低,年产能只有10万-20万吨,无法满足广泛的车辆用氢需求。而这,也直接导致了全球汽车氢气加注站数量偏低。 所以,无论是从氢燃料电池汽车的成本出发,还是从能源保障方面出发,目前的氢能源都不是十分成熟。没有完善的配套产业链,也让 丰田、 大众、上汽 乘用车等 厂商对于氢能源并不是太看好,甚至部分 厂商已经撤出了氢能源赛道。 道阻且长,但终能拨云见日 如果我们把视线拉回到 电动车的发展历史中,我们不难发现:在上个世纪中后期,通用汽车便开发出了首台纯电动汽车。当时,纯电动汽车同样面临着今天氢燃料电池汽车的困境,以至于在十多年的时间里没有进展。但幸运的是,在如今, 电动车正在突破各种瓶颈,走向千家万户。 用发展的思维看待问题,氢燃料电池汽车所面临的问题,在未来或许就不再是问题了。相信随着研究的深入,各大汽车 厂商和能源企业,有能力像解决电动汽车当时所遇到的问题一样,解决氢能源燃料电池汽车现有的问题。

抛开长远的希冀不谈,其实在此次北京冬奥会中,也为我们展现出了未来氢燃料电池汽车广泛应用的正确方式:那就是纯电动车型与氢燃料电池车型相依相存,作为互补品而非替代品存在。 在此次冬奥会中,首次提出了“平原用电,山地用氢”的解决方案。在城市等平原地区,电力充足、路程较近,传统的纯电动汽车足以满足用车需求;而在山地或者长途场景时,续航更长、补能更便利的氢燃料电池汽车,就能很好地解决纯电动汽车的痛点问题。 在未来,这很有可能成为最终的解决方案。

除了对未来的设想之外,全球各大车企以及相关政策制定部门,也在近年来绘制了一幅幅关于氢能源的蓝图。 今年的北京冬奥会, 丰田汽车提供了140辆 Mirai和105辆 柯斯达氢燃料电池汽车; 宇通客车吉利星际客车以及上汽 乘用车也带来了自己的氢燃料电池汽车产品。 从各大 厂商的规划来看,也都在加紧氢燃料电池汽车以及相关技术的布局和落地。 除了以上提到的 厂商外,近年来, 长城汽车旗下的沙龙 智行提出了“纯电+氢能”的技术路线; 广汽集团首款氢燃料电池汽车 Aion LX Fuel Cell,也已正式亮相并投入示范运营; 一汽集团、 广汽集团、 东风公司等联合 丰田汽车成立燃料电池合资公司,专注于氢燃料电池在华的商用化发展; 长安CS75氢燃料版、 红旗H5氢燃料电池版以及上汽旗下的氢燃料电池汽车也纷纷公开亮相……

经过各大车企的一系列措施,毫无疑问,氢能源汽车正在向商业化的发展目标进一步出发。特别是在冬奥会的示范应用影响之下,2022年,很有可能是氢燃料电池汽车产业全面开启的元年。 结语 随着传统化石能源的日渐式微,新能源终于登上了全新的舞台。不过,新能源并不局限于电力一种,氢能源、 生物燃料等等,都将成为“新能源”中的全新增长极。在2022年北京冬奥会上,我们看见了氢燃料电池的全新打开方式。虽然这种能源形式目前仍有不少弊端,但我们有理由相信,随着研发能力的提升和技术改造升级,在不久之后,我们的出行体验将变得日趋完善。
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