Brennstoffzellen-VS-Lithiumbatterie, die zur wichtigen Kraftquelle für Automobile wird

Vor einigen Monaten sagte Elon Musk, der Geschäftsführer von Tesla, der deutschen Presse, dass FuelCell "eine Narrenzelle" sei und sagte ihnen: "Sie sind so dumm, auch wenn sie theoretisch narrensicher sind, dass sie nicht mit den heutigen Lithium-Ionen-Batterien übereinstimmen." . " Er weist auch darauf hin, dass Lithium-Ionen-Batterien viel ungenutztes Potenzial haben.

Auf der anderen Seite haben mehrere Autogiganten, darunter GM und Toyota, mit ihren Partnern Vereinbarungen zur Entwicklung von Brennstoffzellen unterzeichnet und planen, in den nächsten Jahren Brennstoffzellenfahrzeuge auf den Markt zu bringen. Toyota stellte 2011 auf der Tokyo Motor Show sein fcv-r Wasserstoff-Brennstoffzellenkonzept vor. Auf der diesjährigen Tokyo Motor Show werden Serienmodelle vorgestellt. Toyota und BMW haben eine Vereinbarung zur Zusammenarbeit in vier Bereichen unterzeichnet, darunter Brennstoffzellen.

Neben Toyota haben General Motors und Honda Motor angekündigt, gemeinsam die Brennstoffzellentechnologie der nächsten Generation für den Start im Jahr 2020 zu entwickeln. Südkoreas Hyundai-Motor hat Pionierarbeit bei Brennstoffzellenfahrzeugen geleistet, und Ford, Daimler und Renault-Nissan arbeiten zusammen Brennstoffzellentechnologie zu entwickeln.

Toyota sagte, dass die Massenproduktion der Brennstoffzellenmodelle etwa so viel kosten wird wie die BMW 5er oder Tesla-Modelle mit rund 50.000 US-Dollar und einer Reichweite von bis zu 483 km mit einer einzigen Ladung. So kostengünstig bei hoher Wettbewerbsfähigkeit.

Also, ob es Teslas Gelig oder Toyota und eine Reihe anderer Autohersteller ist, warum der Kampf zwischen Brennstoffzellen und Lithium-Ionen-Batterien und was wird Elektroautos in Zukunft antreiben? Lass uns einen tiefen Tauchgang machen.

Elektroautos und konventionelle Autos

Inzwischen sind zahlreiche Elektrofahrzeuge in der Tat eine Fortsetzung des traditionellen Autos, der traditionelle Teil der Fahrzeugleistung, des Kraftstoffanteils in den Motor und der Batterie.

Elektroautos haben eine sehr, sehr lange Geschichte. 1839 baute Robert Anderson aus Schottland eine Batterie und einen Elektromotor in einen Wagen ein und machte ihn zum ersten Elektrofahrzeug der Welt. Die Erfindung des Verbrennungsmotors verzögerte sich um mehr als 40 Jahre bis Oktober 1885, als Karl Benz das erste dreirädrige Benzinauto der Welt entwarf und baute und Gottlieb Daimler im selben Jahr ein vierrädriges Benzinauto produzierte. Die beiden gründeten ihre eigenen Autofirmen, die 1926 zu Daimler-Benz verschmolzen.

Das Elektrofahrzeug hat drei Entwicklungsperioden in der Geschichte erlebt, von 1885 bis 1915 war das erste goldene Zeitalter des Elektrofahrzeugs. Während dieser Zeit, da die Verbrennungsmotortechnologie ziemlich rückständig ist, werden kurze Fahrstrecken, viele Fehler, Wartungsschwierigkeiten, Elektrofahrzeuge, Elektrofahrzeuge in dieser Zeit allgemein anerkannt. Der Präsident der Vereinigten Staaten wurde von einem Elektroauto angetrieben, nicht von einem Verbrennungsmotor.

In der zweiten Phase, in den 1960er Jahren, entwickelten die US-amerikanische General Motors Company und die Ford Motor Company vor dem Hintergrund der durch den Nahostkrieg verursachten Ölkrise neue Elektroautos. Citroen und Peugeot haben bestehende Modelle in kleine Elektroautos umgewandelt. Als Chance löste die Welt eine Welle von Elektrofahrzeugen aus.

Die dritte Stufe sind die 1990er Jahre, mit dem Fortschritt der Lithiumbatterietechnologie, der Kostenreduzierung und der Leistung von Elektrofahrzeugen wurde die Leistung erheblich verbessert. Schließlich erreichte Tesla, Nissan und andere Massenproduktion von Elektrofahrzeugen.

Aus der Geschichte der Elektrofahrzeuge geht hervor, dass sich Elektrofahrzeuge und traditionelle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor tatsächlich parallel entwickeln und miteinander konkurrieren. Wenn die Leistung, die Kosten und die Benutzererfahrung des Elektrofahrzeugs höher sind als die des Verbrennungsmotors, hat das Elektrofahrzeug eine goldene Entwicklungsphase. Wenn jedoch die Technologie des Verbrennungsmotors voranschreitet und die Benutzererfahrung die des Elektrofahrzeugs übersteigt, wird das Elektrofahrzeug still.

Ein Schlüsselfaktor für die Leistung von Elektrofahrzeugen: Batterien

Bei Elektroautos ist die Leistungsbatterie der Schlüssel dafür, ob Leistung, Kosten und Benutzererfahrung ein Auto mit innerer Verbrennung überholen können.

Wir wissen, dass das Auto laufen kann, weil der Motor und das Getriebe funktionieren, um das Auto mit Strom zu versorgen. Das Elektroauto kann laufen, die Batterie und der Elektromotor liefern Strom. Nach hundertjähriger Entwicklung ist die Motorentechnologie sehr ausgereift.

Unabhängig von der Leistung des Einheitsgewichts, Effizienz, Lebensdauer, Kosten und Kontrolle ist es weitaus besser als der Motor. Motoren gleicher Leistung sind in der Regel billiger als Motoren, halten länger und sind leichter zu warten. Theoretisch sollten Elektroautos weitaus wettbewerbsfähiger sein als Fahrzeuge mit innerer Verbrennung, und das Problem liegt in den Batterien.

Wie wir alle wissen, braucht die Bewegung eines Autos Energie. Die Energie eines Autos mit Verbrennungsmotor stammt aus der Verbrennung von Benzin oder Diesel, und die Wärmeenergie wird in kinetische Energie umgewandelt. Die Batterie verwendet einen Motor, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln. Das Problem bei Elektroautos ist nun, dass sie das gleiche Gewicht und das gleiche Volumen haben und weitaus weniger Energie liefern als Benzin oder Diesel, was eine geringere Energiedichte bedeutet.

Wenn Sie also auch 300 Kilometer laufen, benötigen Benzinautos nur 30 Liter Kraftstofftank, benötigen nur mehr als 20 Kilogramm Benzin, und selbst wenn Sie ein fortschrittliches Elektroauto mit Lithium-Ionen-Batterie verwenden, möchten Sie auch mehr als 600 Kilogramm riesigen Akkus. Ganz zu schweigen von der Schutzschaltung, dem Akku selbst zum Schutz des Gewichts.

Blei-Säure-Batterien erfordern einen schweren Akku von ein bis zwei Tonnen im Vergleich zum normalen Gewicht eines Familienautos.

Neben der Energiedichte gibt es auch ein Konzept der Leistungsdichte. Der maximale Strom, den eine Akku abgeben kann, ist begrenzt, und die Spannung ist begrenzt. Selbst wenn die Motorleistung sehr hoch ist, ist die Fähigkeit zum sofortigen Entladen der Batterie nicht gut, dies beeinträchtigt die Leistung von Elektrofahrzeugen.

Klassifizierung von Leistungsbatterien

Gegenwärtig gibt es viele Arten von Power-Batterien für Elektrofahrzeuge, aber nur wenige davon sind wirklich praktisch. Weil viele Batterien dieses oder jenes Problem haben. Die meisten Hersteller der Welt haben sich für Lithiumbatterien entschieden. Einzelheiten umfassen ternäre Lithiumbatterien, Lithiumeisenphosphatbatterien und Lithiummanganatbatterien. Sie alle fallen jedoch auf die Kategorie der Lithiumbatterien.

Weder die Wasserstoffbrennstoffzelle noch die Zinkluftzelle sind wiederaufladbare Batterien. Stattdessen verbraucht es andere Materialien (Wasserstoff und Zink), um Strom zu erzeugen.

Es gibt mehrere weitere alternative Batterien, im Allgemeinen als Hilfsbatterie für Leistungsbatterien. Im Folgenden werden die Eigenschaften verschiedener Batterietypen sowie die Vor- und Nachteile des Fahrzeugs erläutert.

Wasserstoff-Brennstoffzelle

Zunächst Wasserstoff-Brennstoffzellen, die als "dumme" Zellen geligo verspottet wurden. Brennstoffzellen sind nicht neu. Sie stammen aus dem Jahr 1838, als ein deutscher Chemiker die Brennstoffzellentheorie entwickelte. Wirklich führend war 1955, die US-amerikanischen Ge-Ingenieure stellten praktische Wasserstoff-Brennstoffzellen her, die dann auf das amerikanische Duo des Weltraumforschungsplans angewendet werden (Exkurs, interessiert kann der Dokumentarfilm "von der Erde zum Mond" durchsuchen, siehe die amerikanischen Duo-Pläne , das Apollo-Programm, und schauen Sie sich Chinas Shenzhou-Programm an, die Göttin des Mondplans).

Wasserstoffbrennstoffzellen, die 1991 für den Einsatz in Automobilen entwickelt wurden, sind die Quelle der heutigen Wasserstoffbrennstoffzellen.

Einer der größten Vorteile von Wasserstoffbrennstoffzellen gegenüber anderen Batterietypen ist ihre hohe Energiedichte. Sie können im Labor 3 Kilowattstunden pro Kilogramm erreichen, was viel höher ist als bei anderen Batterietypen. Das Auto kann in einer kleineren Größe und einem kleineren Gewicht verwendet werden, was eine längere Akkulaufzeit bietet.

Es gibt jedoch Probleme mit Wasserstoffbrennstoffzellen:

Erstens der Preis. Die Kernteile der Wasserstoffbrennstoffzelle sind die Protonenaustauschmembran und der Platinkatalysator, die beide sehr teure Materialien sind. Sie können unabhängig von den Kosten in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Der aktuelle Preis liegt zwischen 1,5 und 2 Millionen Yuan und damit weit über dem von Elektroautos mit Kraftstoff und Lithiumbatterien.

Zweitens die Quelle und Lagerung von Kraftstoff. Wasserstoffbrennstoffzellen benötigen Wasserstoff, der von der Industriekette nicht unterstützt wird. Herstellung, Transport, Lagerung und Betankung sind äußerst unpraktisch.

Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge haben aus Sicht der Benutzererfahrung noch einen langen Weg vor sich. Geligos Satire von Wasserstoffbrennstoffzellen als "dumme Zellen" ist nicht völlig unvernünftig.

(2) Zinkluftbatterie

Zink-Luft-Batterien haben ebenfalls eine lange Geschichte, die bis ins Jahr 1878 zurückreicht. Zink-Luft-Batterien sind den von uns verwendeten Trockenbatterien viel ähnlicher, und tatsächlich ersetzen Zink-Luft-Batterien Trockenbatterien in vielen Bereichen.

Zink-Luft-Batterien haben eine höhere Energiedichte von bis zu 0,3 Kilowattstunden pro Kilogramm, was höher als bei Lithiumbatterien und billiger ist. Zink ist viel billiger als Lithium.

Bei Zink-Luft-Batterien gibt es jedoch zwei Probleme:

Erstens ist die Leistungsdichte gering. Obwohl die Reichweite des Elektroautos mit Zink-Luft-Batterie der des Elektroautos mit Lithiumbatterie nicht unterlegen ist, sind seine Beschleunigungs- und Steigleistung sehr schlecht und seine Praktikabilität nicht gut.

Zweitens passt die Industriekette nicht zusammen. Die Zink-Luftbatterie ähnelt der Wasserstoff-Brennstoffzelle und das Material muss ersetzt werden. Die Zinkluftbatterie muss Zinkoxid durch metallisches Zink ersetzen, was eine Reihe von unterstützenden Industrieketten aus Kraftwerk, elektrolytischer Zinkfabrik, Zinkbatteriefabrik, Autobatteriewechselstation usw. erfordert. Dies alles fängt bei Null an, ist aber auch weit weniger ausgereift als Lithium-Ionen-Batterien und weit davon entfernt, praktisch zu sein.

(3) Schwungradbatterie

Schwungradbatterie ist ein neuer Batterietyp, der in den letzten Jahrzehnten entwickelt wurde. Es handelt sich nicht um eine herkömmliche chemische Batterie, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt, sondern um eine Batterie, die ein rotierendes Hochgeschwindigkeitsschwungrad enthält und sich auf die kinetische Energie des Schwungrads stützt, um Energie zu speichern.

Die Schwungradbatterie enthält keine Chemikalien, keine explosive Verbrennung oder andere Sicherheitsprobleme und hat keine Angst vor Temperaturänderungen, rauer Umgebung und einer sehr langen Lebensdauer. Wertvoller ist, dass die Schwungradbatterie eine sehr hohe Leistungsdichte von bis zu 5-10 kW / kg aufweist, was viel höher ist als bei anderen Batterietypen. Obwohl die Energiedichte der Lithiumbatterie ähnlich ist, kann die hohe Leistungsdichte eine hervorragende Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs bringen und mehr Leistung aushalten, wenn Energie zurückgewonnen wird.

In einem Porsche 918 Concept Car ist die Copilotenposition ein Schwungrad-Energiespeichersystem. Die Schwungradbatterie ist die einzige Schwäche, die teuer ist, Technologie, Leistung, Sicherheit, die Schwungradbatterie ist sehr gut für den Autoeinsatz geeignet, aber die hohen Preise waren gemeint es konnte nur auf dem Luxusauto oder Supersportwagen erscheinen und konnte nicht mit einem Auto in die Öffentlichkeit gelangen.

(iv) Lithiumbatterie

Lithiumbatterie kann bis in die 1970er Jahre zurückverfolgt werden, ist die am weitesten verbreitete Batterie.

In der Tat gibt es verschiedene Arten von Lithiumbatterien für Autos. Die neueste von Tesla verwendete Panasonic-Batterie ist eine Drei-Wege-Lithiumbatterie. Die Dreiwege-Lithiumbatterie hat eine ausgewogene Energiedichte, Leistungsdichte und Sicherheit.

Der Vorteil von Tesla ist, dass es das Sicherheitsproblem beim Laden und Entladen mit Software löst. Damit kann die ursprüngliche Sicherheit der Tri-lithium-batterie auf das Auto angewendet werden.

Die Power-Management-Technologie von Tesla kann das Pannenproblem jedoch nicht lösen, sodass sie nur durch eine stärkere Schutzwirkung des Akkus gelöst werden kann. Im Falle einer extremen Kollision unterbricht eine starke Aufprallkraft den Schutz des Akkus, und Tesla fängt immer noch Feuer und explodiert, aber der hochfeste Schutz gibt dem Besitzer Zeit zum Entkommen.

Lithiumeisenphosphat (byds sogenannte Eisenbatterie) ist eine weit verbreitete Batterie. Sein Vorteil ist, dass es relativ sicher ist. Es hat eine gute Leistungsdichte, eine hohe Entladungsrate und eine gute Beschleunigungsleistung. In Bezug auf die Lebensdauer hat Lithiumeisenphosphat auch Vorteile. Die langfristigen Nutzungskosten sind relativ niedrig.

Der Nachteil von Lithiumeisenphosphat besteht darin, dass es eine relativ geringe Energiedichte und keinen Vorteil bei gleichem Gewicht und Bereich aufweist. Darüber hinaus ist die Leistung bei niedrigen Temperaturen schlecht, kalte Tage verlieren viel Strom.

Im Allgemeinen wird Lithiumeisenphosphat immer noch als vielversprechende Leistungsbatterie angesehen.

Lithium-Manganat-Batterien werden von japanischen Unternehmen häufig verwendet. Es hat die Vorteile einer besseren Leistung bei niedrigen Temperaturen, eines geringeren Leistungsverlusts bei niedrigen Temperaturen als Lithiumeisenphosphat, eines niedrigeren Preises und einer geringeren Sicherheit als Lithiumeisenphosphat, ist jedoch nicht schlecht. Das Material selbst ist jedoch nicht sehr stabil und leicht zu produzieren.

Zusammenfassung:

Nach der derzeitigen Technologie müssen Wasserstoffbrennstoffzellen und Zinkluftzellen eine neue Industriekette zur Unterstützung aufbauen, was lange dauern und viel investieren wird. Beide haben Schwächen, eine schwache Wettbewerbsfähigkeit und wenig Hoffnung eine lange Zeit.

Schwungradbatterien sind ausgezeichnet, aber teuer. Wenn Sie einen Weg finden, die Kosten erheblich zu senken, sind Schwungradbatterien am besten für Elektrofahrzeuge geeignet. Das bedeutet, dass Schwungradbatterien für lange Zeit nur in einigen extrem teuren Luxusautos und Supersportwagen erhältlich sein werden.

Seit der Erfindung der Lithiumbatterie mit dem Fortschritt der Technologie und der Ausweitung der Industrialisierung gibt es jedes Jahr eine kleine Bandbreite an Preissenkungen und Kapazitätsverbesserungen.

Teslas Popularität nach 2012 war nicht auf seine führende Technologie zurückzuführen. Im Jahr 2005 entwickelte Japan Eliica mit einer besseren Leistung als Tesla ModelS, aber der hohe Preis für Lithiumbatterien bedeutete, dass dieses Produkt nur ein Testprodukt war.

Byd entwickelt den E9 mit einer Leistung, die mit der von Tesla ModelS vergleichbar ist. Als Plug-in-Hybridfahrzeug für Elektro- und Benzinfahrzeuge wird byd qin bald auf den Markt kommen, BMW i3 und i8 werden auf den Markt kommen und porsche 918 wurde vorbestellt. Der Grund dafür ist, dass der Preis für Lithiumbatterien 2013 auf einen akzeptablen Bereich gesenkt wurde.

In den nächsten Jahren werden Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge mit dem weiteren Rückgang des Lithiumbatteriepreises und der weiteren Kapazitätsverbesserung billiger und besser, und der Prozess des Austauschs von Kraftfahrzeugen durch Elektrofahrzeuge steht erst am Anfang.

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