Контраст водородного топливного аккумулятора и литий-ионного аккумулятора

Анализ водородной топливной батареи и литиевой батареи

В то время как страны активно продвигают электромобили в последние десятилетия, но доля все еще очень мала, менее 1%, ядро состоит в том, что плотность энергии электромобилей нарушает логику восходящего изменения энергии. Даже у последнего поколения литиевых аккумуляторов автомобиля крайнее значение удельной энергии составляет всего 1/40 от бензинового. Отрасль медленно развивалась, в 10 раз превышая скорость улучшения. Но появление топливных элементов все изменило. Он основан на водороде в качестве сырья, плотность энергии в 3 раза выше, чем у бензина, а эффективность работы двигателя в 2 раза выше, чем у двигателя внутреннего сгорания, фактическая плотность в 6 раз выше, чем у бензина, очевидные преимущества. А энергия, полученная за последние сто лет эволюции человека, ее суть - это история корректировки соотношения углеводородов, чем выше содержание водорода, тем выше плотность энергии. В будущем неизбежен переход от углеродной энергии к водородной. Следовательно, топливные элементы, использующие водородную энергию, несомненно, могут представлять направление исторического развития и, скорее всего, стать следующим поколением базовой энергии.

Характеристики автомобиля в основном включают в себя выносливость, время зарядки / водородной зарядки, выходную мощность и безопасность и т. Д. Плотность энергии топливных элементов намного выше, чем у литиевых батарей, емкость аккумулятора, емкость быстрой зарядки и дальность действия имеют естественное преимущество, даже при максимальной роскоши. автомобили от литий-ионных аккумуляторов также намного опережают Tesla. Но его удельная мощность невысока, максимальная выходная мощность зависит от системы вспомогательной аккумуляторной батареи, соответствующего наивысшего и лучшего индекса скорости в километрах в час и литиевой батареи. Для сравнения в качестве эталона мы выбрали ниже текущие основные 2 л для автомобилей с бензиновым двигателем, соответствующие 45 градусам литиевой батареи и выходную мощность автомобилей на топливных элементах 100 кВт.

Сравнение плотности энергии

Как своего рода аккумуляторная батарея, литий-ионные батареи представляют собой замкнутую систему, батарея является носителем энергии, чтобы зарядить заранее, чтобы работать, плотность энергии зависит от плотности энергии материалов электродов. Из-за плотности энергии катодного материала больше, чем у положительного, поэтому для повышения плотности энергии идет наращивание анодных материалов, таких как свинцово-кислотный, никелевый, а затем и литиевый аккумулятор. Но литий - это металлические элементы с минимальным атомным весом, теоретически лучше, чем анодные материалы литий-ионных батарей, - это только чистый литиевый электрод, но факт в том, что плотность энергии составляет всего 1/4 от бензина, и коммерциализация технических трудностей велика, несколько десятилетий это не прорыв. Поэтому, учитывая узкие места теории вознесения плотности энергии литиевой батареи, пространство очень ограничено, самое большее, то есть от текущих 160 Втч / кг до 300 Втч / кг, даже при только 1/120 топливного элемента, теряется при запуске. линия.

Сравнение объемной плотности энергии

Основным недостатком сырого водорода в топливных элементах является его малый объем и удельная энергия. Согласно нынешней модели наддува в 700 атмосфер, его объемная плотность энергии составляет 1/3 от плотности бензина. Бак для хранения водорода топливного элемента имеет объем 100 л и вес 30 кг, что соответствует 30 л в топливном баке бензинового автомобиля. Однако двигатель на 80 л меньше двигателя внутреннего сгорания, и общая разница в объеме незначительна. Транспортные средства с литиевыми аккумуляторами делятся на два основных технических маршрута: трехкомпонентные и литий-фосфатные. Представителями являются Tesla и BYD. Плотность тройной энергии выше, но безопасность низкая, что требует вспомогательных средств защиты. На 300 км требуются два типа батарей: объемом 140 и 220 л и весом 0,4 и 0,6 тонны, что намного больше, чем у топливных элементов. Забегая вперед, можно сказать, что если сплавы для хранения водорода и криогенные технологии хранения жидкого водорода станут прорывом, объем топливных элементов и плотность энергии увеличатся в 1,5 и 2 раза соответственно, а преимущества станут более очевидными.

Сравнение плотности мощности

Топливный элемент можно рассматривать как химическую систему выработки энергии, использующую водород в качестве сырья, поэтому выходная мощность является относительно стабильной. Чтобы максимизировать мощность разряда, необходимо добавить систему аккумуляторных батарей. Например, Toyota Mirai - опорный никель-водородный аккумулятор. Однако в открытой энергосистеме энергия поступает от внешнего источника. Дополнительная никель-металлгидридная батарея не требует учета проблемы накопления энергии. Пока он составляет 5-8 градусов, он может удовлетворить спрос, а время автономной работы невелико. Есть несколько ограничений на использование. Хотя теоретическая эффективность разряда литиевых батарей очень высока, чтобы не повредить срок службы батареи, существует множество ограничений на использование. В случае полной зарядки его нельзя разрядить с большой скоростью, а быстрый разряд применим только в интервале 0-80%. Даже в этом случае при разрядке 5C срок службы батареи в лаборатории сократится всего до 600 раз, а в реальных условиях - до 400 раз. Например, даже у Telsa максимальная мощность 310 кВт, но фактическая скорость разряда всего 4С. Более того, литиевые батареи используются в качестве замкнутых систем хранения энергии с низкой плотностью энергии, а высокая мощность разряда и большой запас хода в принципе затруднены, если вес батареи не будет значительно увеличен. Несмотря на то, что Tesla использует нынешнюю тройную батарею с лучшей плотностью, ее компоненты весят почти полтонны.

Сравнение безопасности

В дополнение к указанным выше показателям, несомненно, важен для безопасности автотранспортных средств. Литиевый аккумулятор, как замкнутая энергетическая система, в принципе трудно совместим с высокой плотностью энергии и безопасностью, в остальном он приравнивается к бомбе. Следовательно, в основном технологическом процессе фосфат лития-железа с низкой плотностью энергии более безопасен, а разложение начинается, когда температура батареи достигает 500-600 градусов, и в основном не требует слишком большого количества вспомогательного оборудования для защиты. Тесла с использованием тройной плотности энергии батареи высока, но не устойчива к высоким температурам, 250-350 градусов будет разлагаться, низкая безопасность. Плотность энергии тройной батареи, используемой Telsa, высока, но она не устойчива к высоким температурам. Он разлагается при температуре 250-350 градусов и имеет низкую безопасность. Решение состоит в том, чтобы подключить более 7000 батарей параллельно, что значительно снижает риск утечки из одной батареи, и даже комбинацию сложного устройства защиты батареи. И предыдущие аварии случались несколько раз, хотя выгода от конструкции безопасности Tesla и нет жертв, но с точки зрения самой аварии, на самом деле это очень небольшое столкновение, кузов также не получил никаких повреждений, но батарея горит. , а также отражает его защищенность с естественной стороны недостатков.

Топливные элементы из-за горючего и взрывоопасного сырья водорода, рынок обычно беспокоится об их безопасности. Но поскольку у нас есть следующие данные таблицы, пар и газ из двух более распространенных, чем бензиновый автомобильный горючий газ, безопасность водорода неплохая и даже немного лучше. Устройства для хранения водорода в транспортных средствах теперь используют материал из углеродного волокна, при многоугольных испытаниях на столкновение со скоростью 80 км / ч можно не пострадать. Даже если авария вызовет утечку из-за требований взрыва водорода высокой концентрации, до взрыва, как правило, началось горение, но взорваться трудно. Водород и легкий вес, система перелива водорода будет быстро подниматься после пожара, вместо определенной степени, чтобы защитить кузов автомобиля и пассажиров. Бензин для жидких литиевых батарей для твердых, трудно подниматься в атмосферу, горит в днище цистерны, автомобиль быстро утилизируется в огне. Связи для хранения и транспортировки водорода и СПГ на самом деле очень похожи, только необходимое давление больше, с коммерциализацией его общая безопасность управляема.

Стоимость автомобиля с аккумулятором в основном делится на стоимость автомобиля в целом, затраты на сырье и затраты. Для топливных элементов, о которых сейчас больше всего ругаются, стоимость является слишком высокой, но с развитием взглядов, поскольку технологический прогресс и степень коммерциализации увеличиваются, это большое пространство для снижения стоимости. И литиевая батарея, если рассматривать стоимость расширения и сторону сети, на самом деле полная стоимость выше, чем у топливных элементов, конкретная мера заключается в следующем:

Сравнение стоимости автомобиля

Литиевая батарея, топливный элемент и традиционные автомобили с бензиновым двигателем, разница в стоимости транспортных средств в основном выражается в стоимости двигателя, эти другие компоненты. Автомобиль с бензиновым двигателем 2 л стоит около 30000 юаней, будущее трудно иметь слишком большие изменения. Стоимость существующих литий-ионных батарей составляет 1200 юаней / кВтч, в будущем ожидается снижение до 1000 юаней / кВтч, 45 градусов электромобилей, батарея стоит 45000 юаней. Топливный элемент стоит в первую очередь и водородная аккумуляторная батарея высокого давления, теперь стоимость аккумуляторной батареи 100 кВт составляет 100 юаней, прогнозируемый годовой объем производства составит 500000, стоимость единицы упадет до 30 долларов за кВт, что составляет 20000 юаней. Стоимость существующего хранения водорода составляет 60000 юаней, в будущем ожидается снижение до 35000 юаней, общая стоимость - 55000 юаней. Долгосрочная разница в стоимости трех энергосистем невелика, видимая стоимость транспортного средства не является основной проблемой.

Сравнение стоимости сырья

Расход топлива бензинового автомобиля объемом 2 литра составляет 10 литров на 100 километров, а цена бензина - 5,8 юаней за литр. Стоимость 58 юаней. Литиевая батарея автомобиля сотни километров энергопотребления на 17 градусов, стоимость 0,65 юаней / кВтч, стоит 11 юаней. Топливные элементы в сотнях километров потребляют водород 9 квадратных метров, методы производства водорода в основном делятся на электролиз воды или химические реакции, такие как производство угля и водорода, производство водорода из природного газа и т. Д. Электролиз воды стоимость в основном электроэнергии, в среднем 5 кВт · ч 1 водород, стоимость около 3,8 юаней / квадрат, но может быть непосредственно электролитической водородной станцией, экономия транспортных расходов. Если используется крупномасштабное централизованное производство ископаемой энергии, самые низкие внутренние затраты связаны с преобразованием угля в водород, что составляет около 1,4 юаня / квадратный метр, в то время как Северная Америка может использовать дешевый природный газ по цене 0,9 юаня / квадратный метр. Если принять за норму стоимость угольного газа, то стоимость сырья на 100 километров составляет 12,6 юаня, что мало чем отличается от литиевых батарей.

Сравнение стоимости сопоставления

Стоимость заправочных станций, заправочных станций, зарядных станций в основном делится на затраты на землю, затраты на оборудование, затраты на строительство, разница в основном отражается в стоимости оборудования. Базовая АЗС в 3 миллиона юаней, зарядная станция составляет 4,3 миллиона юаней, заправочные станции по текущим стандартам Японии, как ожидается, будут составлять 15 миллионов юаней, общая стоимость заправочных станций превышает 10 миллионов юаней. Согласно 15 годам амортизации, годовой объем продаж составляет 10 миллионов квадратных метров, амортизационная стоимость составляет 0,1 юаня / квадрат. Когда небольшой водород обычно транспортируется в автоцистернах, фрахт составляет 0,44 юаня / квадрат, ожидается, что при увеличении масштаба можно использовать трубопроводный транспорт, стоимость будет снижена до 0,23 юаня / квадрат.

Хотя литиевые аккумуляторы на готовой электросети в настоящее время и в полной комплектации стоят очень невысоко. Но если продвижение, мощность существующей резервной сети будет исчерпана, и в будущем необходимо будет крупномасштабное расширение. Соответствие экстернализации затрат таким образом, чтобы зарядная станция находилась по существу в сети, поэтому для расчета стоимости всей отраслевой цепочки добавляется стоимость энергосистемы. Общая коммерческая эксплуатация зарядной станции в течение не менее 1 часа для достижения стандарта быстрой зарядки, соответствующая мощности зарядной станции, состоящей из 10 зарядных блоков, достигнет 600 киловатт, что эквивалентно сотням семейств мощности нагрузки, влияние на мощность сетка сильно загружается. Соответствующая сеть нуждается в новых инвестициях 1,2 миллиона юаней для увеличения нагрузки, но ежегодное увеличение количества проданных только 930000 градусов, в соответствии с закупочной стоимостью электроэнергии 0,65 юаней / градус, сетка назад 15 лет инвестиций в расчет, цена должна быть основана на расходы увеличились на 0,18 юаней / градус.

Оценка затрат со стороны продаж

Сбытовая сеть АЗС очень развита, уровень прибыли можно использовать как заправочную станцию в час как ориентир для разумной рентабельности. Соответствующие заправочные станции с каждой стороны составляют 0,51 юаня, 4,9 юаня за киловатт-час литий-ионных батарей. Ситуация с электричеством, основная не может способствовать автомобилю с литиевой батареей. В соответствии с действующими правилами государства, зарядная станция ограничивает плату за обслуживание до 0,4 юаней / градус, но на его фоне дается большое количество субсидий. Но нет отрасли, которая может рассчитывать на субсидии для развития в течение длительного времени, в будущем, если эффективность зарядки литиевых батарей не была значительной, это звено на заправочной станции, рентабельность предприятия будет значительно ниже, чем заправочная станция и заправочная станция. Нет разумной отдачи, мизерной в больших городах. У инвесторов нет стимулов продвигать зарядные станции или естественное развитие отрасли. Но низкая плотность энергии литиевой батареи слишком мала, если вынудить реализовать высокую эффективность зарядки, инженерные проблемы для срока службы батареи будут очень большими. И даже может реализовать быструю зарядку за 3 минуты, но это соответствует одной зарядной батарее, которая должна достигать 1200 киловатт мощности для каждой зарядной станции, чтобы сформировать полный комплект подстанции 110 кВ. Инвестиции в размере до 50 миллионов юаней, охватывающие площадь 5000 квадратных метров, и около 300 метров не могут быть жилыми зданиями, в настоящее время представляют собой очень большую проблему для прибрежных городов на рабочем уровне.

Общая стоимость

Интеграция всех вышеперечисленных затрат, бензиновый автомобиль, литиевая батарея, на данном этапе, и полная коммерциализация автомобилей на топливных элементах после ста километров стоимости за 58, 83, 23 и 20 юаней. Доля затрат на литиевые батареи из-за их продажной цены очень высока, мы считаем, что зарядная куча составляет 1/3 инвестиций в оборудование заправочных станций, часовая прибыль упала до 1,4 юаня, общая стоимость составляет 37 юаней, преимущество в стоимости автомобилей на топливных элементах долгое время все еще очень очевидно. На самом деле, это также является корнем всех плотности энергии топливных элементов является самым высоким, в тех же коммерческих случаях, стоимость природы имеет преимущество.

Важной логикой разработки транспортных средств на новой энергии является энергосбережение и защита окружающей среды, что, несомненно, более важно для Китая. В настоящее время Китай не только серьезно загрязнен воздухом, но также имеет зависимость от импорта нефти до 60%, 85% которой приходится на контролируемый США Малаккский пролив. Энергетическая безопасность стала самой большой слабостью нашей национальной безопасности. Следовательно, важной причиной для государства предоставлять огромные субсидии новым энергетическим транспортным средствам является снижение зависимости от импорта нефти. Итак, ниже мы сравниваем эти два аспекта с точки зрения энергосбережения, защиты окружающей среды и ограничений ресурсов следующим образом:

Сравнение энергосбережения и защиты окружающей среды

Материалы водородных топливных элементов в нашей стране в настоящее время уголь является наиболее экономичным средством производства водорода, литиевые батареи используются в качестве сырья, в нашей стране в основном добывается из угля для производства электроэнергии. Следовательно, оба этих источника энергии получают из угля. Выбросы углерода просто передаются вверх по потоку. Следовательно, экономия энергии зависит от эффективности преобразования энергии. Автомобиль с литиевой батареей потребляет каждые сто километров 17 градусов, что соответствует 6,8 кг угля; Топливные элементы на сотню 9 квадратных километров потребляют водород, потери на линии хранения и транспортировки 20%, что соответствует углю 7,3 кг; Бензиновые автомобили каждые 10 литров топлива на сотни километров угольного эквивалента составляют 10 килограммов. На самом деле, новый энергосберегающий эффект транспортных средств не очевиден, его основная ценность заключается в потреблении первичной энергии из нефти в богатые запасы угля в Китае, снимает проблему энергетической безопасности. С точки зрения защиты окружающей среды выбросы выхлопных газов топливных элементов практически отсутствуют, и выделяется лишь небольшое количество литиевых батарей. Загрязнение всей отрасли в основном сосредоточено в верхнем течении. Однако по сравнению с обработкой рассеянных выхлопных газов бензиновых транспортных средств, централизованный контроль загрязнения выше по потоку, несомненно, намного менее сложен. Таким образом, производственная цепочка топливных элементов имеет самый низкий уровень загрязнения и может считаться лучшим источником экологически чистой энергии для транспортных средств.

Страница содержит содержимое машинного перевода.