纵观人类历史,每一次生产力的提升都伴随着能源应用的革新。 “钻木取火” 人类逐渐步入农业文明,也开启了能源的“薪柴时代”; 蒸汽机的发明拉开了工业革命的序幕,煤炭所带来的动力开始广泛应用于大机器生产; 电力和内燃机的发明带来了第二次工业革命,石油被广泛应用到交通、化工等部门,推动了城市化与全球化。 如今,我们已置身于信息时代,科技发展日新月异,“第三次工业革命”呼之欲出,而能源领域的又一场变革吸引了各国的目光,以光伏、风能、氢能为代表的新能源正将人类代入一个全新的时代——以新能源为主体的新时代。目前,枣庄正在大力发展锂电产业,拉长了产业链,一个锂电之都正在悄然搭建之中,然而,有一些具有先知先觉的人们又开始发表他们的高见:说枣庄没有眼光,锂电已经落后,应该发展氢能电池、铝电池等等。 那么问题来了,燃油车向新能源汽车过渡,那么,到底谁才是真正的新能源汽车技术方向:锂电池,铝电池,氢能电池.......这个问题已经争论很久,也是市场上经久不衰的话题。 今天,小编收集了一些关于锂电池,铝电池,氢能电池,钠电池的介绍,让我们一起来了解一下这些电池都有哪些特点。 在四种新能源形式中,氢燃料电池车被许多业内人士公认为最环保且最理想的一种形式,但目前它也是四种形式中相对最不成熟的,距离真正普及到消费者日常使用还需一些时日。那么,氢燃料电池是怎么回事?它好在哪儿?现在的发展情况又是如何?
『Fuel Cell(燃料电池)』
氢燃料电池(Hydrogen Fuel Cell)是一套将氢气和氧气蕴含的化学能经过电化学反应直接转换为电能的发电装置,它并不是什么遥不可及的高深事物,因为其工作原理早就被写入了高中化学课本,并“困扰”着一代又一代学子。而在近年来的新能源汽车领域中,氢燃料电池扮演的角色正在逐渐重要起来。
『丰田Mirai氢燃料电池车的储氢罐之一』
现阶段来说,氢燃料电池车除了与传统纯电动车同样是“0碳排放(此处忽略电能和氢气生产过程的碳排放)”外,还有着几大明显优势——氢气相较于电能更易储存、更易运输,且充填效率与传统汽油车相近,远优于电动车充电,并且单次充填燃料后的续航里程也明显大于纯电动车。因此,越来越多的车企加入到了氢燃料电池车的研发当中,其中走在前列的都是来自亚洲的企业——丰田、本田、现代,他们生产的氢燃料电池车已经量产,并投放到了世界多地市场,同时他们也在致力于打造更加完善的“氢能社会”。
然而就现阶段而言,工业上主要依靠电解水的方式制取氢气,而电解水所需的电能如果还是依靠传统火电,那么它就和现阶段的纯电动车一样,只是将实际的碳排放从人类聚集区转移开了,而“0碳排放”也只是噱头和空话。 但是,为解决这一问题,丰田在2015年联合日本横滨/川崎市政府、岩谷产业、东芝、丰田自动织机等多家机构与企业,在横滨风力发电站(Hama Wing)开展了风力发电制造低碳氢燃料的实证实验项目。
动力电池左右了每一辆新能源汽车的性能表现及成本控制。作为新能源汽车最核心的零部件,动力电池的成本占新能源汽车成本高达40%。 动力电池产业链复杂且庞大,涵盖锂矿、电解液、正极材料、负极材料、隔膜、BMS、电芯、电池回收等各个领域。其中包括锂、钴、镍、锰等稀缺材料,任何一家企业都难以将整个产业链揽入怀中。 总的来说,全球新能源汽车主要以动力锂电池为主,中美欧走上了插电混动和纯电动汽车为主的路线,日本坚持发展油电混动到氢燃料电池新能源汽车的道路。 需要提醒的是,2021年虽然市场上有一种说法叫“有锂”走遍天下,甚至连昔日跌下神坛的“盐湖提锂”龙头盐湖股份也上演王者归来,但问题是锂电池更多是一种储能装置,先把电能贮存起来,需要时再释放出来,而不像燃油车和加氢车一样,加油或加氢就能继续上路,它得接着充电才能接着用! 对于新能源汽车来说,理想的电池应该具备:足够的能量密度,才能跑更远的路程;足够的功率密度,车才能加速快、能爬坡;能量补充速度快,充电或者换电都要迅速;成本低廉,使用寿命和价格综合起来有竞争力;足够绿色环保,新能源汽车才能行稳致远。 所以,综合以上原因,作为锂矿的贫瘠国印度不可能再在锂电池行业与中国一决高下,所以他们另辟蹊径研究起了“铝电池”。并且他们还喊出“到2030年,一辆烧油的汽车都不会在印度市场出售”的口号。 近日,根据外媒的消息,印度Saturnose公司将发布其增强型铝离子(Enhanced Altered Aluminum Ion,简称Ea²I)电池化学成分的独立测试结果,并计划明年推出一款固态可充电铝电池。该公司是由沙特出资、美国注册和印度团队研发的。 据称,这款新型铝离子电池(Ea2I)将是全球首款商用铝离子固态电池,不仅实验数据吊打锂离子电池,还有望取而代之。
根据其官网宣传,这款电池充满电只需要12分钟,而装载锂电池的电动汽车,慢充6——8个小时,应急快充虽然只需要需半小时到一小时,但对动力电池组的耐压性和保护要求太高。 根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划:2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。 目前市场上的锂电池重量能量密度不到300Wh/kg,使用寿命基本在5000次左右,少数能够超过1万次,续航里程也就400——600公里左右。 实验证明,铝电池循环7500次后,容量几乎没有衰减,这相当于每天充电两次,20年后电池依然经用如初。 当然,最重要的还是它比锂电池更加便宜和安全。据称,这使其比锂离子电池技术的成本要低50%,不会像锂电池一样动不动就会自燃,也不会产生像废旧锂电池产生重金属镍、钴污染(包括砷),氟污染,有机物污染,粉尘和酸碱污染。即使你在电池上钻出一个洞,都不会生火。
前一段时间,“钠离子电池”“重出江湖”,受到多方关注和重视,成为储能市场新的风口。毕竟钠在地壳中储量高且成本低廉,具备大规模应用的发展潜力,但问题是,钠离子电池能量密度较低,在电池制作的过程中需要更多的辅材和制造成本。 据研究估算显示,钠离子电池所需辅材和制造成本占总成本75%。宁德时代董事长曾毓群也表示,该公司新推出的钠电池可能比锂电池更贵。 换言之,目前钠离子电池相较于锂离子电池,并没有太大的优势,除非建立高能量密度和低价格辅材的钠离子电池体系,并进一步降低钠电池生产成本。 由此可见,眼下,铝电池似乎成了取代锂电池的最佳选择。业内人士也表示,铝电池几乎可以和汽油相媲美,而且它比锂离子电池更轻、更便宜。 锂在自然界中的并不算特别大,居第27位,在地壳中的含量约为0.0065%,但全球锂资源丰富且高度集中,73%的锂资源分布在北美洲和南美洲,大洋洲、亚洲、欧洲、非洲锂资源分布相对较少,分别占比8%、7%、7%和5%。 就国家而言,锂资源主要分布在南美洲“锂三角”地区(玻利维亚、智利和阿根廷)、美国、澳大利亚和中国,而印度那点儿资源基本可以忽略不计。 目前,中国已经主导了锂金属最终产品的供应,生产了全球近三分之二的锂离子电池,并控制着全球大部分的锂加工设施,这连漂亮国都无计可施。 铝就不一样了。
铝是地壳中含量最丰富的金属元素之一,含量仅次于氧和硅。所有基本金属中,全球电解铝的产量和消费量仅次于钢铁,是铜的两倍多,是世界第二大应用金属,而是世界和亚洲原铝的主要生产国之一,铝土储量丰沛,2019年产能约为390万吨。
铝离子电池的原理和化学方程式
铝电池是一种无污染、长效、稳定可靠的电源,是一款对环境十分友好的电池。电池的结构以及使用的原材料可根据不同使用环境和要求而变动,具有很大的适应性,既能用于陆地也能用于深海,既可做动力电池,又能作长寿命高比能的信号电池,可以好不夸张地说,它应该具有广阔的应用前景,怎么会让锂电池大行其道? 由于铝空气电池在放电过程中阳极腐蚀会产生氢,这不仅会导致阳极材料的过度消耗,而且还会增加电池内部的电学损耗,因而严重阻碍了铝-空气电池的商业化进程。 以往解决以上问题的方法主要是将高纯度金属铝中掺杂特定的合金元素以提高金属铝阳极耐腐蚀性,或者在电解质中添加腐蚀抑制剂。 从本质上来讲,该电池属于燃料电池,是不能充电的。 铝电池还有一个致命缺陷——腐蚀。 若不使用锂离子电池一个月,它们会损失5%的电量,而铝-空气电池由于铝受到腐蚀的因素,会损失掉80%电量。 当然,这个属于技术上问题,如果能够得到很好的解决,铝电池还是大有可为。铝比锂便宜的多,石墨也不贵,只要铝离子电池在能量密度,功率密度等指标追平锂离子电池,靠其他技术指标的优势和成本就能完全替代锂离子电池。那我们的世界真的就被改变了。 目前国内涉及到铝空气电池的企业主要有三家,分别是空天科技、云铝股份和中国动力。 不过,需要提醒的是,铝电池需要大量高纯度的原铝,原铝主要通过电解铝制得。而电解铝行业总体上属于重污染行业,而且其特征是污染物氟化物的累积排放量同周围土壤、农作物和人群健康有着直接的关系,这也是世界上很多国家不扩大电解铝生产项目的主要原因。 除了高污染,电解铝还是高耗能行业。 电解铝,需要消耗大量电力,我国的电力供应中,烧煤供电占比超过70%,电力成本是电解铝生产成本中最主要成本,占比超过40%,因此,铝价和煤价高度关联。 如此看来,铝电池确实很有潜力成为锂电池的替代者,能跟铝电池一较高下的,大概只有氢能,但在现阶段技术下,氢燃料电池的安全、技术、高成本等问题还有待一一突破,还不足以挑战锂电池的江湖地位。 我国出台了多项新能源汽车鼓励政策,明确支持新能源汽车发展,将新能源汽车产业提升至“十四五”政府产业支持发展的重点,承载着我国汽车工业实现“弯道超车”的重要使命。在国家政策支持的基础上,各地方也针对锂电池产业给予不同的优惠政策和补贴措施。未来,动力锂电池作为新能源汽车的核心部件,市场需求将会随之迅速增长。 在没有其它可行的替代产品出现之前,锂电行业仍然是持续快速增长的新能源产业。作为一个资源枯竭转型的四线城市,并不需要好高骛远的目标,而是需要脚踏实地的奋进,继续在锂电行业深耕、细耕,争取引进更多更大更强的锂电生产企业。“十四五”期间,枣庄将聚焦储能电池、轻动力电池和固态电池产业,加速完善锂电产业链,争取2025年锂电产值达到800亿,全力打造锂电产业高质量发展“枣庄模式”。 向锂电的上下游产业延伸。目前,枣庄市已形成正极材料、负极材料、隔膜、电解液、电芯、PACK组装、动力电池系统集成、终端应用、拆解回收等相对完整的产业链。,有朝一日引进整车制造行业。 同时,希望枣庄能够着眼未来,积极关注并开展铝电池,氢能电池的研究工作,与科研机构及大专院校建立紧密的合作关系,引领新能源行业继续向着更新、更高的目标迈进。 |
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