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聚焦“碳中和” 多家车企抢滩氢能源

  • 2021-05-19 09:00
  • 来源:电车资源 大师兄

摘要:当前的中国新能源汽车市场中,纯电动汽车固然是主流,但这并不意味着中国车企放弃了氢能源技术路线。


最近,新能源、自动驾驶、智能网联成为时代追捧的热点。


但是随着“脱碳”成为全球性课题,“氢能源”,又一次站在了产业风口,发展氢经济已上升为国家战略。


同时,氢燃料电池也一直被视为新能源汽车动力电池的“终极解决方案”。


● 关于氢燃料电池,你知道多少?

氢,宇宙中分布最广的元素,易燃,也易爆炸。

它是不少人心中的新世纪“终极能源”。


       而氢燃料电池是一种以电化学反应方式将燃料的化学能直接转变为电能的发电装置,顾名思义是需要在这个装置里面不断加入“燃料”,才能产生电能,而这个燃料,也就是氢气。

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它的工作原理是将氧气和氢气分别送入燃油电池堆的阴极和阳极两端,氢气经过两极的催化剂层作用下分解出电子和质子,氢质子穿透质子交换膜的孔洞与氧分子结合,而电子则只能经由外部电路流动形成电流,这个电流经过逆变器以及控制器等装置之后,就能将电能送到电动机进而驱动车辆,同时也可以为储能电池充电,至于到达阴极之后的电子又与在那里的氢离子和氧原子重新结合为水。

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在这个过程中,氢燃料电池不经过机械能或热能转换就产生了电能,因此氢燃料电池具有转化效率高、噪音低、无污染物排出等优点,这也让燃料电池汽车(FCEV)受到新能源汽车行业的高度关注。对比传统燃油车,氢燃料电池车的最大优势是零污染,而且能量转换效率更高。而与纯电动汽车相比,氢燃料电池车则具有充氢时间短(一般为3分钟)、能量密度大、续航时间长等优势。

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除此之外,不同于有限的化石燃料,氢能源的来源非常广泛,是一种能够利用各种各样的原料进行制造的清洁能源。

● 谈“氢能源”色变

既然氢能这么环保,再加上氢气的生产方式也并不难,但为何氢燃料电池车与普通用户依隔着遥远的距离?众所周知,氢气是一种相当危险的气体,能量密度很高,加上易燃易爆的特性,氢气从制造到运输整个过程中其实都是一个不安定的因素,用户在使用安全性仍存在顾虑。

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另一方面,氢气作为一种气体,想要大规模地运输、存储并不容易,而要在氢燃料电池车上存储足够的氢气,也需要对储氢罐进行加压,这意味着氢气的储存难度和成本均不低。

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此外,加氢站基础设施的建设耗资巨大,是普通充电站的三倍之多,难以开展大范围建设。因此,无论是技术安全性还是在成本控制的角度来看,氢燃料电池汽车依然处于一个初期发展阶段。

● 中国车企发力氢能源技术路线

对比国外领先的日韩车企,国内氢燃料电池车的发展确实很长一段时间得不到重视,大多数车企对于氢燃料电池汽车的研发热情并不高,但也有少数车企看中氢能源的先天优势,开始入局氢能源领域。

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前段时间,长城汽车为此专门举办了一场氢能战略全球发布会,并正式发布车规级的氢动力解决方案—氢柠技术。按计划,基于氢柠技术打造而来的首款C级燃料电池SUV将会在今年正式亮相。

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具体来讲,氢柠技术不能简单理解为一种技术,它实际上是一个庞大的氢能源供应链条。长城汽车已在太阳能发电、氢+电储能技术、燃料电池应用等领域进行了布局,掌握了多项关键技术。

在上游制氢环节,长城汽车已经完成绿色电能、氢能和电储能的产业规划,通过长城极电光能开发的新一代钙钛矿太阳能光伏技术,实现20.01%的光电转换效率,从而为电解水制取氢燃料提供了电能来源。


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在中游储氢环节上,氢柠技术已经涵盖整套车规级研发体系和氢电平台、电堆平台、储氢平台三大技术模块,同时实现了“电堆及核心组件、燃料电池发动机及组件(控制器等)、Ⅳ型储氢瓶、高压储氢阀门、氢安全、液氢工艺”六大核心技术和产品的知识产权完全自主化。

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以储氢技术为例,长城布局高压气氢和低温液氢的两种方式,并自主开发出70Mpa的车载储氢瓶等相关的配件,从而具备了氢燃料电池乘用车开发必需的储氢条件。在电堆方面,长城氢柠技术已经具备了大功率电堆的材料选型、结构设计、性能仿真、制造和生产工艺的全套能力,可年产100万片膜电极、3000套150kW电堆,能满足氢燃料电池汽车的装机需求。

氢柠技术包括商用车的石墨板电堆的氢燃料电池发动机以及乘用车的金属板电堆的氢燃料电池发动机,并形成了可以涵盖到轨道交通、航空、船舶、氢能发电、大功率备用电源等领域的模块化产品,满足从千瓦级到兆瓦级的功率输出需求。 

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长城汽车表示,在今年即将登场的首款量产中型氢燃料电池SUV,具备在3分钟内完成氢气加注、续航900km(工况未知)的能力,而且在补能速度方面,也比目前所有超级充电桩快上几倍。

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上汽集团多年来在氢燃料电池方面也颇有建树,去年9月份,上汽集团发布了第三代燃料电池技术,并推出了燃料电池MPV上汽大通EUNIQ7,同时计划在2025年前,推出至少十款燃料电池整车产品,。目前,上汽集团已掌握从电堆核心零部件开发(双极板、膜电极)、电堆集成、燃料电池系统集成到动力系统集成、整车集成的完全正向开发能力,并具备完整的自主知识产权。

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其中,作为燃料电池系统核心部件的PROME M3H电堆属于完全自主设计开发,58个一级零部件全部国产化,自主化程度和国产化率均达到了100%。其中最主要的金属双极板采用了高稳定和长耐久的贵金属涂层,以及两板三腔结构设计,具有高功率密度(>1W/cm)和超低Pt铂载量(<0.3g/kW,Pt/C用作催化剂),不仅提高了效率而且降低了制造成本。

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此外,上汽集团的第三代氢燃料电池系统还采用了高活性合金催化剂,相比国际主流品牌的氢燃料电池乘用车在催化效率方面提升了20%,其内置的85000r/min无油离心式空压机,可源源不断地为电化学反应提供足量纯净进气,效率更高的同时保障电堆稳定运行。

NVH性能方面,系统应用了水汽分离、多级减震设计、高压脉冲静音、无油空气轴承等创新技术,全面攻克了氢燃料电池车NVH控制的世界性难题。

另外,在刚刚结束的第十九届上海国际车展,多家车企均发布了各自未来几年的新能源规划,其中就有颇受业内关注的氢能源发展规划。


1、现代展台带来了最新一代的氢能源电池车Nexo


2、丰田展示了一款豪华中巴柯斯达,同时宣布将开发氢燃料发动机。


3、上汽大通MAXUS EUNIQ 7,已实现量产上市,官网售价为29.98万元起。


4、汉腾在上海车展带来旗下首款氢燃料电池车型--汉腾FCV。


5、作为红旗品牌的首款氢燃料电池车型,红旗H5 FCEV在本届上海车展正式亮相。


6、东风风神也在上海车展展出了风神AX7 氢燃料电池版。


● 写在最后

据统计,截至2020年底,全球加氢站约为544座,我国建成加氢站128座,氢燃料电池汽车累计保有量达7000多辆。

有专家表示,对于中国氢燃料电池车的普及,可以分为近中远三个阶段。在2020年有5000辆燃料电池车,到2025年有5万辆,包括实现1万辆商用车和4万辆乘用车,2030年则达到百万辆。随着2019年保有量突破6000辆,又把2020年底的目标变更为“接近万辆”。而

总之,氢燃料电池汽车仍存在种种阻碍和非议,但好在氢燃料电池汽车本身所具备的特性依旧拥有足够的吸引力,多家中国车企均发布了自家的氢能源战略规划,在核心技术和关键环节均有所突破。

但受制于技术、成本、基建设施等多重因素,短期内我们依然看不到氢燃料电池车真正的大规模应用,所以时下氢燃料电池汽车仍处在政策推动下的试运营阶段,但随着越来越多的车企加入氢能源赛道,也许能够逐步解决氢能源发展过程中出现的各种问题。

毕竟,谁用心耕耘这片市场,谁就能拥抱未来!

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