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马斯克强怼的氢燃料电池,能和锂电池一决高下吗?
发布时间: 2018-11-05

导读: 在新能源领域,电动车(锂电池)是当之无愧的主角,加上马斯克等人的站台,风头十足,但事故频发也常常让人捏一把冷汗。与此同时,越来越冒头的氢燃料则前途未定。

新能源是个热词,近五年更是一路飙升,成为产业新贵。

在这个领域,电动车锂电池)是当之无愧的主角,加上马斯克等人的站台,风头十足,但事故频发也常常让人捏一把冷汗。与此同时,越来越冒头的氢燃料则前途未定。

从1834年托马斯·达文波特发明直流电机驱动式电动车开始,经历了第二次工业革命的推动,燃油发动机逐渐上位成为主流,而能源危机再次出现后各国开始注重电动车(锂电池)。

最终,是锂电池还是氢燃料能扛下这面大旗,助攻新能源成为大风口,一切还有待验证。

新能源汽车再现辉煌:纯电动一路狂飙,氢能源暗自磨刀

一.

2003年,特斯拉成立,拉开了这一次的新能源热潮序幕。

就像彼时的保时捷,特斯拉成为这一波热潮非常关键的驱动力,而如费迪南德·波尔舍对所处时代的意义,此时,马斯克无疑担当了这一场革命的主力。

像是刻意呼应历史,马斯克为特斯拉制定的产品推广路线就是从高端到普通通勤车。2012年,特斯拉的首款锂电纯电动轿车Model S进入市场,一上来就直接对标宝马五系。这一次,精致的外观、流畅的体验、合理的价格和单次充电高达500公里的里程数,让其一开始就获得了大众的好评。

历史再次上演,一承此前的发展脉络,电动车一登场依然是以“高品质”开始,收获众星捧月般的待遇,包括各国政府的重视。这一次,开场的相似之下却暗含显著的不同:此时的电动车成本极大程度的降低,里程数问题因智能化系统的融入得以优化,百里提速性能也直逼燃油汽车。加上锂电池技术的商用已经十分成熟,这让电动车的后顾之忧少了许多。

确实,因技术的成熟和政策的利好,电动汽车很快渗入市场,切实引爆了新能源产业。事实上,特斯拉Model S在投入量产后,很快就获得了可观的销量。特斯拉最近公布的财报也显示,单个季度,Model S的销量维持在一万五。

在特斯拉的带动下,比亚迪、蔚来、拜腾、小鹏、吉利等新兴车厂纷纷站队锂电池电动汽车,正面对标老牌燃油汽车产业。资本大量流入,特斯拉、蔚来陆续上市等一系列利好消息不断传出,纯电动汽车产业复苏后的姿态可谓是一路狂飙。

二.

虽然有各国政府保驾护航,但这场仗也并不好打。

投入量产后,产能不足问题首先被暴露出。在汽车的发展史上,出厂时星光熠熠但最终因无法量产被众人遗忘的车型数不胜数,因而它亦不会对历史的发展轨迹造成任何影响。

现在,包括特斯拉在内,新兴电动车厂商都面临着这样一股强大的阻力。

祸不单行,随着越来越多的车辆投入使用,特斯拉汽车开始陆续出现一系列撞车后自燃事故,锂电池固有的安全隐患被曝出,这也让众多潜在购买者开始犹豫,甚至敬而远之。

其实这并非个例,在其他品牌和车型纷纷投入量产的这一年,电动车起火话题已经成为新闻报道中的“座上客”。数据显示,就在刚刚过去的半个月,电动车起火出现12起,皆归因于锂电池。

多事之秋,我国政府也陆续发布文件,明确表示将降低对电动汽车的补贴,同时继续维持对氢燃料电池的额度。

随着政策变化和电动车的不利消息频频曝出,不被人熟悉的氢燃料电池进入了我们的视野中。最为显著的变化发生了,日前继德国推出氢燃料电动列车后,上海宣布正式投入使用了首条氢燃料电池公交线路。

其实,导向性政策的颁布则更早。2017年,上海出台全国首个地方性的燃料电池汽车发展规划,随后武汉、北京、张家口、如皋、西安、郑州等城市陆续加入到了氢能燃料电池行业。为此,广州甚至一次性投入8亿,计划打造“中国氢谷”,专注于氢燃料电池的研发和商用。

现在,随着政府主导的落地商用项目出现,这一新能源汽车品类也愈发受资本的关注。

但其实很早,在日本政府的推动下,以丰田为首的一系列日系老牌汽车公司就在氢燃料电动汽车上暗暗发力了。

氢燃料PK锂电池,一场新兴车企与老牌车厂的拉力赛

发展至今,市场上仅存的两种电动车品类形势十分明显,除了部分德、美系车企处于观望状态,以丰田为首的众多德日系老牌车厂投入氢燃料电池,而以特斯拉为首的新兴车企则大面积站队锂电池。

从技术层面上看,锂电池和氢燃料电池势均力敌,各有优劣。公开资料显示,锂电池造价成本低,商用化则更加成熟,这让它自然成为电动车厂的首选。然而它的能量密度低、易燃、反应产物有毒、充电慢等特征也是潜在的“隐患”,尤其在量产之后,各类问题也被自然放大。而氢燃料电池可以直接加氢,补给时间短,续航能力也能够轻松达到500km以上,且排出物仅是水,完全无污染。这一优势轻松力压锂电池,也更符合环保的理念,但氢燃料使用过程中不可或缺的反应催化剂——铂稀有贵金属成本极高,且氢燃料充电站造价为特斯拉超级充电站的五、六倍,其高昂的成本成为氢燃料成为商用之路的拦路虎,事实上,也没有人愿意为环保买下这笔天价单。

相较于锂电池,氢燃料电池技术确实过于新颖,马斯克也一度强怼氢燃料电池。但丰田坚持认为新能源最终的赢家一定是燃料电池,因为新能源产业的正确发展历程应当是:混动-插电式混动-电动-燃料电池。

混动技术是氢燃料电池得以发展的基础,在混动技术上,丰田等日系车企确实已经打下了坚实的基础。数据显示,丰田混动车销量已经突破1000万辆,即便在普及度不高的中国市场,丰田的双擎车型销量也占其在华总销量的10%;而在欧美市场,卖得好的雷克萨斯大多也都是混动车。

有成熟的混动技术作为基石,丰田等日系车厂的氢燃料研究看来也并非空穴来风。根据日本国内的战略目标,氢燃料电池电动车的续航里程将延长至目前的1.5倍,达到1000公里,到2040年氢燃料的保有量将有目前的2000辆增加到300万至600万辆,同时车载电池的单位输出功率将增至当下的3倍。

现在,在日本资源紧缺的国情推动下,日系厂商转而直接去研究氢燃料电池也是合情合理。从汽车设计的理念来看,未来动力更强,车身更为轻便的氢燃料电动汽车确实有着更大的吸引力。

其实纵观电动车的发展史,人类在电动车各类发展方向上的探索上算得上是无所不用其极,但纷纷以失败告终,即便是上世纪八十年代的能源危机之下,汽油价格堪比“天价”之际,也极少有用户愿意为不成熟的“环保技术”买单。

与燃油发动机并驾齐驱,繁荣电动车产业如何落马?

一.

汽车发动机的历史渊源,可以追溯到十八世界中期第一次工业革命时代背景下诞生的蒸汽机。正如书本中带有蒸汽机的火车头插画显示,那时的蒸汽就是机车的动力源。

瓦特改进蒸汽机成为了关键节点,人们称它为全面进入蒸汽时代的标志。

不得不承认,在让蒸汽机变小、动力变强的过程中,瓦特的设计起到了关键作用。他改进的蒸汽机成功的将冷凝与气缸做了分离,让动力源可以摆脱笨重蒸汽罐的限制,为其应用到更小更轻便的民用车埋下了伏笔。后来著名的风冷发动机就得益与此。

因为瓦特的改进,现代发动机的前身初露,但是在此之后,在气缸的数量、点火装置的发明和合适燃料的选择上,工程师们花费了数百年。期间仅在燃料的选择上,发明家们就试遍了火药、煤气、氢气等各种燃料,经历起起伏伏,最终才落在汽油技术上。

19世纪接近尾声,卡尔·本茨向世界宣告研制出第一辆燃油汽车,引起了不小的轰动,彼时,燃油汽车终长成。但没人意识到,量产后出现的产能不足、故障多、维修困难且行驶里程短等诸多问题才成为真正的阻碍,燃油汽车的发展因此受压制,人们甚至一度嘲笑它连马车都取代不了。

同一时期,确切来说要早上几年,法国工程师古斯塔夫·特鲁夫向世界展示了第一辆预量产电动三轮车,动力源采用的是铅酸电池。

相比之下,电动车启动优雅,安静无味,它一出场就比燃油汽车“高贵”,备受当时贵族们的喜爱,而燃油车更像是一头会吐黑烟的“怪物”存在。

当时,电动车的定位是高端市场,技术过于新颖,多数企业选择观望,少数企业转而拥抱这一新兴市场。由此,电动车产业被催生。

二.

1899年4月,Camille Jenatzy驾驶了一辆外形如火箭般的Jamais Contente登场,并以106公里/小时刷新了当时汽车的最高时速,引众人侧目。

如众人所料,这一惊人之举把电动车产业推向了新的高度。尽管因为设计缺陷,Jamais Contente最终无疾而终。但即便今天,透过它看这短短十余年的电动车发展史,依然惊叹它发展的迅猛之势。

七个月后,奔驰创始人之一、汽车鼻祖戈特利布·戴姆勒去世,如火上浇油,本就根基不稳的燃油汽车产业岌岌可危。

同年,年仅二十五岁的波尔舍正式推出了第一辆真正意义上的纯电动车,即参加过当年Semmering比赛的山地赛车Lohner Porsche。他为这台车两只前轮各安装一个轮毂电机直接驱动车轮,并搭配了一套电机与车辆间的低摩擦直传系统,让电池组为电机供电。

第一次将电动轮轴与前轮驱动结合,波尔舍的这一设计让每个前轮电机功率达到1.9-2.6kW(2.58Ps-3.5Ps),输出瞬时动力最大可达5.2kW(7Ps)。这让动力传输效率大大优于当时的燃油内燃机汽车,惊艳四座。

自此,电动车产业开始进入爆发式增长状态。

三.

好的汽车设计师对技术有着独特的审美,也正是具备天才独有的“嗅觉”,波尔舍看见了汽油这一燃料的魅力。

喜欢改装车的汽车爱好者都知道,想要车速和整车稳定性有显著的提升,“轻量化”处理常常是车友们的首选。但在电动汽车身上,这一问题很难得到有效缓解。当时,保时捷车上74节80V的铅酸电池重量就高达1.8吨,让续航里程和车速的提升受阻。

自然而然,波尔舍想要借助改善设计来削减电池的数量。

1901年,Lohner Porsche Mixte混动版本推出。波尔舍为这台车加入了一台5.5L的四缸发动机,然后利用传统轴为发电机供能。借助这一设计,波尔舍成功把这一四驱电动车重量控制在了1.2吨以内,极大程度上减少了对电池组的依赖。

凭借Mixte版本,Lohner Porsche也连续刷新了多项奥地利赛车速度记录,并在全国拉力赛中连续夺得两届冠军,波尔舍也因此获得了奥地利最高汽车工程师奖项。

之后,Lohner Porsche不断被市场验证,收获认可,其性能以及续航表现也在持续提升。与当时内燃机汽车相比,以电力为主要传输的动力技术在续航、性能、平顺性等方面都更具优势,这也让很多欧洲地区皇室在选择专用车时彻底淘汰掉了马车。

这一混合动力设计成功压制了内燃机技术长达30年。1911年,纽约时报将电动汽车列为“理想化车型”,因为它更干净,更安静,同时也比汽油引擎车辆更经济。

数据显示,至1915年,美国的电动汽车年产量5000辆,保有量达到5万辆。20世纪20年代初,蒸汽汽车占40%,电动汽车占38%,燃油汽车只占22%。

短短三十年,凭借技术的优越性,电动汽车市场占有率大幅超越燃油汽车,进入了第一个黄金时代。

四.

发展到后来,除德国汽车厂商,美国的Anthony Electric、Baker、Columbia、Anderson、Fritchle、Studebaker、Riker都相继生产推出过很多电动车型。用户甚至可以购买不带电池的车,然后从电力公司购买可更换的电池,后续只需缴纳电费和月服务费,就可以保证自己的车辆得到完善的定时维护以及充足的电力,这项服务从1910到1924年间变得非常流行。

由此看来,电动车产业上下游都发展到一种相对稳定而繁荣的状态。但此时,大洋彼岸正在发生微妙的变化。

随着美国经济的急速发展,公路网络逐渐完善;同时德克萨斯、俄克拉荷马和加利福尼亚等大油田也被陆续发现,汽油价格降低,燃油汽车产业获得了持续增长的动力支撑。

在这一时代背景下,燃油汽车获得的最大益处就是成本被大幅降低。最终,在消音器、电力启动系统、四冲程发动机技术陆续完善的状态下,至二十世纪三十年代,内燃机汽车以1/5的价格优势彻底“消灭”了电动车。

随后,第二次世界大战又在某种程度上促使燃油汽车进一步发展。而后几十年,电动汽车技术一直都存在各大工厂的实验室里,再未出现。

直到1973年,因中东战争,第一次石油危机爆发。各国政府再次大资金投入和推动新能源汽车(主要为电动汽车)的发展,为此,美国还召开了第一次国际电动汽车会议,并展出了一百多辆电动汽车。整个产业开始复苏。

在政策利好的大环境下,日本、巴西、美国、西班牙、德国等国家纷纷做了混合动力、 酒精、液态氢、锌氯、太阳能等新型电池的研发和尝试,但最终纷纷伴随危机解除,以“失败”告终。

里程数无法提高、车身重量过重、成本高等一系列“亘古”的问题始终存在,这一场因政治带动起来的新能源汽车产业第二次辉煌也终暗淡。

最后

新能源汽车发展起起伏伏,最终敌不过成熟的技术、高效的能耗比和商用量产等一系列自然而然的选择。

目前,国际上普遍认为,在新能源领域,电动车是短期内的理想车型,而最终一定会走向氢燃料电池汽车。然一如燃油发动机技术对当时汽车行业的颠覆,技术本身的最终完善才将决定未来市场的走向。

如此看来,若真如丰田所料,特斯拉更注重当下,丰田则更看重未来。而透过历史发展反观当下,未来很长一段时间内,汽车市场将会百花齐放,各类动力源并存,直到恰好成熟而适用的技术出现。