2021年10月19日,首批进口氢能汽车在大连港顺利通关。此次,140辆Mirai未来组合进口丰田氢能汽车将在北京冬奥会期间提供相关服务。冬奥会期间,氢能将出现在众多应用中,奥运火炬将使用氢作为燃料,氢燃料电池汽车也将亮相。作为全球首款量产的氢燃料电池汽车,今年10月,第二代丰田Mirai未来组合在单次充氢的情况下,跑出了1359.89公里的极限续航,打破了净零的吉尼斯世界纪录。
电动汽车至少在1834年就已经存在了,远早于汽油汽车的发明。从一开始,他们就面临着和今天一样的障碍:有限的续航里程和缺乏充电设施。
在100年前的1921年的美国,40%的汽车是蒸汽驱动的,38%是电动的,22%是燃油驱动的。注册电动汽车总数达到3.38万辆。由于福特的Model T和其他汽油燃料汽车的大规模普及,以及1912年推出的旨在取代重型手摇曲柄的自启动汽车的广泛采用,电动汽车的普及程度有所下降。
到20世纪30年代初,道路上几乎没有电池驱动的汽车。发动机已经用了44年,电池驱动的车已经淘汰了。
100年后的2021年,公安部10月12日发布的统计数据显示,截至2021年9月,我国共有汽车2.97亿辆,其中新能源汽车678万辆,占汽车总量的2.28%。202110/1311:07【全球网络科技综合报道】近日,中国氢能联盟战略委员会主任、科技部原部长、中国科学院院士徐冠华在公开场合介绍:“目前,氢能已成为中国能源战略的重要组成部分。截至2020年底,我国已建成氢加气站128座,氢燃料电池汽车累计达到7000多辆。”)
那么问题来了,电动汽车(锂离子汽车)会不会重蹈100年前铅酸电池的覆辙,再次被其他能源汽车淘汰?比如氢燃料电池汽车?
这需要从四个方面考虑:
1.续航里程和能量密度。目前,锂离子汽车的能量密度在200 wh/kg到300wh/KG之间,标称续航里程在300-600km到600km之间。但扣除高速行驶和空调损耗后,标称续航里程难以实现,续航焦虑依然存在。有人说可以建一个电池换电站,类似蔚来汽车,这样就没有里程焦虑,有道理。然而,有一家betterplace公司,一家专门从事锂电池交换的公司,在2013年破产了。验证这条路线的成功需要时间。
2013年5月26日,Better Place China官方微博写道:“今天对我们所有人来说都是非常难过和艰难的——更好的团队。”写完这句话,他们留下了悲伤的表情。同日,以色列Better Place宣布已向法院提交破产清算申请。图片来自百度betterplace。
再看氢燃料汽车的寿命,第二代丰田mirai plus一氢寿命已超过1360公里,氢的质量能量密度约为33.6 kWh/kg,是汽油、柴油、天然气的2.7倍左右。氢燃料电池堆的热效率通常在60%以上。
2.随着L5级无人驾驶的到来,道路上的汽车将基本实现无人驾驶。当时的人开车,就像今天在路上骑马一样怪诞。对续航里程的要求会越来越高,人在车里待的时间会越来越长,在车里工作,在车里睡觉,在车里吃饭。因为汽车不需要人类驾驶,汽车会变成一个移动的房子。这时候对汽车续航里程的要求会越来越高,随着L5无人驾驶汽车的普及,氢动力汽车的比例将迅速占据市场。目前,L2级自动驾驶已经实现商业化推广,预计2021 ~2025年将是L3级自动驾驶技术的时代。
026年~2030年,L4级自动驾驶技术或许能逐渐成熟,并实现商用。至于L5级自动驾驶技术,预计2031年到2040年之间,有望实现商用。
3.安全性,之前锂电pack圈子有个朋友说过一句话,印象深刻“7000节大炮仗,你敢买啊?”印象深刻,至于锂枝晶、热失控这些比较专业,就不聊了。氢气的泄露与控制,是燃料电池系统安全隐患的主要来源,属于物理层面,通过瓶阀可以控制。而锂离子电池的安全隐患则主要来自于不易控制的链式反应,属于化学层面。因为链式反应速度极其短暂。就可控性角度说,锂离子电池的控制难度要高于燃料电池。
4、经济性
宁夏宝廷氢气价格,16.8元/kg
宁夏宝廷加氢站16.8元/kg,广东佛山国联70元/kg,差价53.2元。如果按照百公里1kg氢气消耗计算,是0.17元/km。如果按照丰田mirai,百公里0.55kg/km氢气计算,是每公里大约0.1元/km。
山西那边煤化工治氢的出货价是10元/KG以内,随着国内风电、光伏治氢的大批企业跟进,氢气的价格,在将来是可以预见的,会持续降低的。
锂电汽车以百公里15度电来算,目前某市民用电价为0.5元/度,大约0.075元/km一般商业用电在1.8元左右,大约0.27元/km。
基于以上四点,锂电适合乘用车,适用于市区内短途行驶,氢燃料适合商用车,适合长距离行驶。但是随着L5级无人驾驶的实现,未来所有的汽车可能都是物流车,只是车子内部的装修不一样罢了,装人和装物的车内装修区别。L5级无人驾驶汽车会对续航里程要求越来越高,氢燃料电动汽车的续航是比锂电长的,那个时候氢燃料电池汽车的市场份额可能会像100年前的内燃机发动机汽车一样,快速的抢占市场份额,至于能否淘汰锂电汽车,这个需要历史去验证了,以上观点都是个人推测。
整理了一下电动汽车发展历史
1834年,世界上第一个电动机
Alamy1834年佛蒙特州的托马斯·达文波特制造了第一台有用的电动机。包括迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在内的其他发明家此前也制造过使用电力移动的小型装置,但达文波特的装置是第一个有电力做实际工作的。据报道,他使用他的一个新发动机为一个小马车提供动力。
1859年,世界上第一块电池
UIG/Getty Images1859年法国物理学家加斯顿Planté发明铅酸电池。其他科学家,包括Planté自己,将在未来几十年改进这项发明。
1884年第一辆可行走的电动汽车
Obtained by CNN1884年,英国电气工程师托马斯·帕克因为担心“雾都”伦敦的环境问题,与同伴埃尔威尔共同创立了Elwell-Parker公司,专门从事电动汽车和有轨电车的研发销售。
1886年,第一辆汽油汽车
Luis Davilla/Getty Images卡尔·本茨制造了奔驰专利汽车,被公认为第一辆内燃机汽车,也是今天所有汽油动力汽车的先驱。此时电动汽车已经存在了52年。
1897年的电动出租车
English Heritage/Heritage Images/Getty Images
1897年电动出租车在巴黎和纽约街头
1898年,保时捷第一辆电动车
Franziska Kraufmann/picture alliance/Getty Images费迪南德·保时捷博士制造了他的第一辆车,Egger-Lohner Model C.2 Phaeton,它是由电力驱动的。
1899年Crazy fast电动车
Universal History Archive/UIG/Getty Images比利时赛车手卡米尔·杰纳茨驾驶一辆名为“永不满足”的特制电动汽车,成为驾驶时速超过100公里(62英里)的第一人。
1900年电动汽车兴起
Stock Montage/Getty Images
由于蒸汽汽车和汽油汽车更可行,电动汽车声名鹊起。蒸汽汽车早上启动需要45分钟,汽油汽车启动需要曲柄,而且需要复杂的换挡。因此,电动汽车被宣传为特别适合女性,因为她们的体力要求较轻。到本世纪初,美国公路上超过三分之一的汽车是电动的。然而,电动汽车的突出地位将是短暂的,因为技术进步很快就会让汽油动力占据压倒性的领先地位。
1908年福田T型车
Bettmann Archive/Getty Images福特汽车公司(Ford Motor Co.)推出了t型车(Model t)。由于生产方面的不断改进,这款汽油驱动的汽车将变得越来越便宜,在美国的道路上几乎无处不在。(不过,亨利·福特的妻子克拉拉(Clara)开的是一辆电动汽车,而不是她丈夫制造的吵闹的汽车。)
1912年美国通用汽车淘汰了笨重的手摇曲柄
Courtesy General Motors通用汽车介绍了凯迪拉克旅行版的电动启动器,消除了需要曲柄引擎。这项发明消除了驾驶汽油动力汽车最令人讨厌的一个方面。在接下来的几十年里,随着汽油和柴油动力的普及,电动汽车几乎从道路上消失了。电动汽车将继续受到其有限的行驶里程、长充电时间和笨重电池的阻碍。
1958年福特核动力概念电动车
Bettmann Archive/Getty Images解决电动汽车缺陷的一个办法是在车上安装一个核反应堆。福特的核子概念车,实际上只是一个模型,设想有一个反应堆核心,可以驱动汽车行驶5000英里。之后,用过的燃料棒将在一个方便的服务站更换。核子的设计基于这样一种假设:总有一天,核反应堆会变得足够安全,可以在汽车上使用,这在当时是一个流行的想法。
1959年小型电动汽车
Courtesy Lane Motor Museum在20世纪50年代末和整个60年代,各种新兴的汽车制造商试图普及电动汽车,但没有一家真正获得关注。位于密歇根州兰辛市外的基什工业公司(Kish Industries)提供了几年的nuc - klea Starlite。
1964年通用汽车电动汽车试验
Courtesy General Motors主要汽车制造商并没有完全放弃电动汽车的潜力。通用汽车(General Motors)对雪佛兰Corvair进行了试验,这是一款由电池驱动的雪佛兰Corvair。几年后,通用汽车还生产了Electrovette,一款电动雪佛兰Chevette。
1967年克莱斯勒推出电动汽车
Bettmann Archive/Getty Images后来被克莱斯勒(Chrysler)收购的美国汽车公司(American Motors Corporation)推出了电动汽车原型Amitron。该公司表示,计划在几年内出售Amitron。这种情况从未发生过。
1974年CITICAR电动车
Bettmann Archive/Getty Images佛罗里达州Sebring的Sebring- vanguard公司推出了CitiCar,这是多年来最受欢迎的电动汽车之一。最终售出了4400多辆。这辆车的最高时速是每小时38英里。无论好坏,这样的汽车将在很长一段时间内塑造公众对电动汽车的印象,即其本质上是公路高尔夫球车。
1980年锂电池问世
Courtesy of Cockrell School of Engineering, The University of Texas at Austin
锂离子电池的核心——氧化钴阴极是由牛津大学的约翰·古迪纳夫和他的同事发明的。在未来的几十年里,这项发明使电池成为可能,它将为各种消费电子产品提供动力,以及充电一次就能行驶数百英里的电动汽车。2019年,古迪纳夫和另外两名研究人员因在帮助开发和改进锂离子电池方面的工作而被授予诺贝尔奖。
1990年加利福尼亚零碳排放强制令
Getty Images加州通过了零排放汽车强制令,要求在加州运营的汽车制造商每年销售一定比例的零排放汽车。
实际上,这主要是指电动汽车。汽车制造商努力遵守这一要求,同时也有一些公司提起诉讼,要求停止或至少削弱这一要求。其他十几个州后来也采用了ZEV强制要求。最终,它被修改为允许汽车制造商购买ZEV积分,作为销售实际汽车的替代方案。
Bettmann Archive/Getty Images通用汽车在洛杉矶车展上推出了Impact概念车。几年后,这一概念将被开发成EV1。
1996年通用电动汽车EV1
Hal Garb/AFP/Getty Images通用汽车将EV1投入生产。这些汽车可供出租,但不出售
1997年更多的电动汽车问世
Fred Prouser/Reuters主要是为了符合加州的要求,各大汽车制造商推出了电动车,这些车往往是对汽油车进行了大幅改进。新的电动车型包括丰田Rav4 EV、本田EV Plus、雪佛兰S-10 EV和福特Ranger EV皮卡。
2003年《谁杀死了电动汽车》
Mel Melcon/Los Angeles Times/Getty Images通用汽车取消了EV1项目,收回了这些汽车,并在前车主的抗议下捣毁了大部分汽车。这一举动成为了纪录片《谁杀死了电动汽车?》的主题。把通用汽车描绘成反面人物。
通用坚称这些汽车不能继续驾驶,因为这样就不可能让它们保持在安全状态。
2006年特斯拉发布电动汽车
Chris Weeks/WireImage/Getty Images成立于2003年的特斯拉汽车展示了特斯拉跑车的原型,这是该公司的第一款汽车。这是一款基于莲花·爱丽丝的双座跑车。它的售价超过8万美元,是一种奢侈品,但它的性能像跑车,充电一次可以行驶200多英里。它使用的是锂离子电池,这将成为电动汽车的标准技术。
2008年比亚迪F3DM
2008年12月15日,比亚迪宣布其全球首款不依赖专业充电站的新能源汽车——比亚迪F3DM双模电动车正式上市。王传福表示:“比亚迪F3DM双模电动车将是全球第一款上市的不依赖专业充电站的电动车,中国力量领跑世界!比亚迪将通过F3DM双模电动车抢占新能源汽车的市场先机。”这是中国力量第一次在汽车技术领域里扮演领跑角色。
2012年比亚迪E6
2012年4月,比亚迪美国公司和全球最大的汽车租赁公司赫兹(Hertz)表示,比亚迪E6“先行者”电动车将在赫兹的帮助下进入美国租赁市场,之后再面向个体消费者销售。 [1] 2012年12月27日,“深圳市公安局新能源警用车辆启动仪式”在市公安局大楼广场举行。凭借300台e6在深圳出租车市场2年多、累计超过3000万公里的稳定营运和安全可靠的综合表现,比亚迪成功中标深圳电动警务用车采购大单,向深圳市公安局交付500台e6纯电动警务用车。 [2]
2014年第一代丰田mirai问世
丰田Mirai是一款氢燃料电池车,于2014年12月15日在日本正式上市。第一代丰田mirai续航可以超过700km,第二代mirai续航已经超越1360km。
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参考文献:Electric car and Hybrid Vehicles: 171 Years Before Tesla: The Evolution of Electric Vehicles (ellectricar.com)
Electric car timeline - CNN.com
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氢燃料电池汽车相比传统锂电池电动车,有哪些优劣势?- 知乎 (zhihu.com)
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