鋰電池
“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時,M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環(huán)境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發(fā)展,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制,現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
氫燃料電池
氫燃料電池是使用氫這種化學元素,制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應后,放出電子通過外部的負載到達陰極。
氫燃料電池特點無污染燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學反應,而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風能發(fā)電等),整個循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
無噪聲燃料電池運行安靜,噪聲大約只有55dB,相當于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝,或是在室外對噪聲有限制的地方。
高效率燃料電池的發(fā)電效率可以達到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過熱能和機械能(發(fā)電機)的中間變換。
氫燃料電池和鋰電池比較分析
全球能源格局臨近大變革前夜
縱觀人類歷史,文明的進步本質(zhì)上就是能量輸出強度的進步。早期的農(nóng)業(yè)文明,動力以人畜、木柴等生物能為主,輸出功率非常有限,還受到土地承載能力的限制,經(jīng)濟只能在低水平不斷循環(huán);18世紀工業(yè)革命后,隨著蒸汽機和內(nèi)燃機的推廣,基礎能源變?yōu)橐悦禾俊⑹蜑榇淼幕茉矗芰棵芏忍嵘松习俦叮珿DP也終于突破了“馬爾薩斯陷阱”的束縛,呈現(xiàn)了指數(shù)型的增長。目前全球能源結構為原油33%,天然氣24%、煤炭30%,核電4%、水電7%和新能源2%,化石能源居于絕對主導地位。但展望未來,我們判斷人類能源結構已經(jīng)到了再次大變革的前夜,石油將有望在30年內(nèi)被全面替代,以燃料電池為代表的氫能源將成為新的主導能源!
石油時代將被全面替代
農(nóng)耕文明發(fā)展后期面臨的最大問題就是,有限的土地資源最終無法支撐人口進一步的增長。化石能源作為不可再生資源,同樣面臨著資源稀缺性的制約。按照過去20年的消費增速線性外推,全球已探明石油儲量只能支撐30年,即使技術進步能將石油壽命再延續(xù)幾十年,但總還是有用光的一天,相對于人類還要持續(xù)至少千年的歷史,仍然沒有意義。而且考慮到目前勘探程度已經(jīng)很充分,在發(fā)現(xiàn)低成本大油田的概率很低,潛在供給的開采成本會越來越高。這最終也會刺激替代能源商業(yè)化的大幅提速,如現(xiàn)在鋰電池車的發(fā)展就已經(jīng)如火如荼,因此經(jīng)濟意義上的石油枯竭恐怕還會來的更早。未來誰能全面替代石油,成為新一代的車用燃料就成為非常關鍵的問題。
燃料電池vs鋰電池誰將勝出
目前替代石油車的主流技術路線就是鋰電池和燃料電池。燃料電池最大優(yōu)勢就是能量密度高,是鋰電池的120倍。但鋰電池起步早,商業(yè)化程度更高,整車成本也更低,且充電可以利用現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng),相比燃料電池整個加氫和供氫的配套網(wǎng)絡都要從頭建設,成本也要更低。因此這兩者的競爭核心就是能量密度vs成本的競爭。成本下降是個工程問題,可以通過商業(yè)化來解決,而能量密度面對的卻是基礎科學領域的瓶頸,基本上是無解。因此本質(zhì)上兩者的區(qū)別是“道與術”的區(qū)別,長期看,燃料電池無疑潛力更大,也最有望成為下一代車用基礎能源。
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