众所周知,新能源是未来汽车工业的发展大方向。所以不管国外还是国内的汽车厂商都纷纷投入巨额研发费用及大量人力扎根新能源领域。目前来看,新能源汽车主要分为四大类:纯电动、混动(包含插混)、增程式电动、氢能源燃料电池,而后者被认为是新能源汽车的终极方向。今天来自科技长城氢能领域技术专家——长城汽车未势能源总裁陈雪松先生,将为我们介绍长城汽车这三年在氢能源领域的布局。

  上文说到了目前最主要的四大类新能源汽车,在这其中,我国近年在纯电动领域可以说颇有建树。续航里程早已突破700km,甚至还将推出超800km的产品。不过在突破了续航里程的同时,其充电慢的根本性难题依旧无法得到解决。不过对于氢能源燃料电池来说,这就不是问题了,不仅加氢速度快、续航里程也远,更重要的是其排放的仅仅是水,零污染。但遗憾的是,中国品牌目前还没有一款以氢能源燃料电池作为动力的车型。

什么是氢燃料电池 氢燃料电池汽车示意图

  燃料电池是一种能量转化装置,它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置,因此被称为燃料电池。对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因此反应过程既清洁,又高效。因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制,氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。

氢燃料电池工作原理

  氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池正极当中的催化剂(铂)分解成电子和氢离子(质子)。其中质子通过质子交换膜(Proton Exchange Membrane)到达负极和氧气反应变成水和热量。对应的电子则从正极通过外电路流向负极产生电能。

氢燃料电池的优势 氢燃料电池汽车系统组成

  1、相比起传统石化燃料,氢燃料电池是采用电化学反应,在提供能量的时候,只会产生水和热。而传统的石化燃料会产生各种有毒有害的气体和粉尘,是污染坏境的一大利器。

  2、相比起其它传统的电池来说,氢燃料电池是一种发电装置,传统的电池只具备了储存电能的功能。氢燃料电池像发电机一样,直接把化学能转换为电能,在便利性上比起传统电池要好得多。

  3、氢燃料电池的能量转换率高,普通燃烧所产生的的能量转换只有30%多,而氢燃料电池的能量转换率达到了惊人的80%。损耗更少的资源得到更多的能量,那肯定是氢燃料电池比较划算了。

为何我国发展较缓慢 氢燃料电池关键部件

  1、氢气不像氮气和氧气是空气中的最主要组成因素,想得到氢气可以通过电解水,但这可是个不太经济的方法,能量损失极大!你想,先从电解水开始,耗费电能,产生氢气,氢气再发电过程中还会有能量损失;电解水的电现在也是以煤电为主吧,烧煤发电也会有能量损失。

  2、在氢燃料电池发电的过程中会用到金属铂作为催化剂。这种金属就是咱结婚买戒指那个比24K金更贵的那个铂,它少啊,它贵啊,那么大规模生产氢燃料电池,这个铂就是瓶颈,完全没有规模化后成本减少的效应,反而需求越多越贵,这可怎么办好?

  3、有人说带着氢气瓶就像带个氢弹,到底这个氢气瓶会不会爆炸啊?氢气是最轻的气体,它的扩散性极强,氢的扩散系数比空气大3.8倍,比汽油大7.5倍,由此可以证明氢比汽油安全是有根据的。所以少量的氢气泄漏,可以在空气中很快被稀释成安全的混合气。氢气的比重小,易向上逃逸,这使得事故时氢气的影响范围要小得多。

  4、燃料电池汽车的主要问题是,制造驱动它们的氢气燃料要消耗比普通电动汽车更多的能源。污染也是个很严重的问题。除了甲烷转化,获得绿色氢气的唯一可行的方式是通过电解。但坦白讲,这一过程中消耗的电可以更好地用在普通电动汽车上。

  总结一下,对于氢燃料电池的商用来说,最大的挑战之一就是成本控制。燃料电池汽车目前的成本是普通汽车的5倍左右。其核心部件被称为质子交换膜。它能够将氢气中的电子分离成为质子,进而从正极交换至负极和氧气进行反应产生水和热。相应的,质子交换膜的核心就是催化剂铂。而铂是一种贵金属,也就是通常婚戒的材料铂金。为了推动大规模商用,一方面必须减少催化剂的用量,另一方面是寻求低成本的替代材料。所以这也是为什么氢燃料电池在我国发展并不迅速的原因。

长城汽车近年的布局

  2018年10月,在江苏如皋召开的第三届国际氢能与燃料电池汽车大会上,长城汽车正式宣布,已入股世界领先的德国加氢站运营商H2 MOBILITY(以下简称H2M),成为该公司第七大股东。长城汽车副总裁唐海锋出席发布仪式并表示:未来,长城汽车将与H2M密切合作,共同推进欧洲、中国和全球的氢能基础设施,共同加速欧洲和中国向氢能交通的过渡。

H2M在德国已经运营(绿色)及在建加氢站(蓝色)示意图

  实际上,长城汽车早已建成氢能技术中心,具备燃料电池汽车核心部件的测试、试制,以及整车集成与测试能力。同样在2018年8月,长城汽车收购上海燃料电池汽车动力系统有限公司51%股权,成功控股上海燃料电池,并于2019年4月又进一步收购上燃动力100%股权。这使得长城汽车已经具备了为各种应用开发和部署具有成本竞争力的燃料电池驱动技术。

未势能源100KW大功率燃料电池发动机超越-300E 未势能源85kW乘用车燃料电池系统和70MPa车载储氢Ⅳ型气瓶

  另外,在技术方面,长城控股未势能源已经通过自主创新突破了燃料电池产业的关键核心技术。未势能源全资子公司上海燃料电池汽车动力系统公司(上燃动力)发布了第三代100KW大功率燃料电池发动机超越-300E。比较当前市场主流产品,氢耗减少10%,效率提升4.5%,成本下降28%。系统部件级国产化率实现100%。

长城汽车新能源版图

  长城汽车的新能源版图,开山之作就是基于Pi4平台打造的WEY P8插电混动SUV了,这款车大家可以看做是一个充当门面的作用,宣告长城汽车进入到新能源领域。而真正代表长城汽车在新能源领域布局的,就是欧拉品牌。目前其共有四款车型,并且采用独特的猫系列名称,让旗下车型拥有网红般的热度。最近,欧拉的第四款车型好猫,刚刚对外公开了自己的内饰,中国汽车网也已在第一时间为大家产出了详细的解析稿件:《全球第一款复古电动车 欧拉好猫静态解析》。同时,长城汽车将在2020年展出第一款搭载氢燃料电池的SUV产品,搭载未势能源燃料电池动力系统。

  总结:着眼于未来,才能在对手们还没登陆时就占领市场。目前来说,我国的新能源领域刚刚开始发展,大部分精力还是放在了纯电动和混动这种能源类型上,而对于新能源的终极方向——氢能源燃料电池则少有作为。长城汽车正是看到了未来,并依托于自己强大的研发能力,在氢能源燃料电池领域拥有着越来越多的话语权。今年,长城汽车的第一款搭载氢燃料电池的SUV产品就将公布,我们一起拭目以待。

(责编:刘腾)

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