Der Kontrast von Wasserstoff-Kraftstoffbatterie und Lithium-Ionen-Batterie

Die Analyse der Wasserstoffbrennstoffbatterie und der Lithiumbatterie

Während die Länder in den letzten Jahrzehnten energisch für Elektrofahrzeuge werben, der Anteil jedoch mit weniger als 1% immer noch sehr gering ist, liegt der Kern darin, dass die Energiedichte von Elektroautos gegen die zunehmende Energiewende der Logik verstößt. Selbst bei der neuesten Generation von Lithium-Batterie-Autos beträgt der Extremwert seiner Energiedichte nur 1/40 des Benzins. Die Branche hat nur langsam das Zehnfache der Verbesserungsgeschwindigkeit erreicht. Aber die Entstehung der Brennstoffzelle hat all das geändert. Es basiert auf Wasserstoff als Rohstoff, die Energiedichte beträgt das 3-fache des Benzins und die Arbeitseffizienz des Motors das 2-fache des Verbrennungsmotors, die tatsächliche Dichte das 6-fache des Benzins, offensichtliche Vorteile. Und Energie aus den letzten hundert Jahren der menschlichen Evolution. Ihre Essenz ist die Geschichte der Anpassung des Kohlenwasserstoffverhältnisses. Je höher der Wasserstoffgehalt, desto höher die Energiedichte. In Zukunft ist es ein unvermeidlicher Trend, von Kohlenstoff zu Wasserstoff zu wechseln. Daher können Brennstoffzellen, die Wasserstoff verwenden, zweifellos die Richtung der historischen Entwicklung darstellen und höchstwahrscheinlich zur nächsten Generation von Grundenergie werden.

Die Fahrzeugleistung umfasst hauptsächlich Ausdauer, Lade- / Wasserstoffladezeit, Ausgangsleistung und Sicherheit usw. Die Energiedichte der Brennstoffzellen ist viel höher als die von Lithiumbatterien. Die Batteriekapazität, die Schnellladekapazität und die Reichweite haben einen natürlichen Vorteil, selbst bei höchstem Luxus Autos mit Lithium-Ionen-Batterien sind auch ein großer Vorsprung als Tesla. Die Leistungsdichte ist jedoch nicht hoch, die maximale Ausgangsleistung hängt vom Hilfsbatteriesystem und dem entsprechenden höchsten und besten Geschwindigkeitsindex für Kilometer pro Stunde und der Lithiumbatterie ab. Zum Vergleich haben wir unter dem aktuellen Mainstream 2 l aus Benzinfahrzeugen ausgewählt, was 45 Grad Lithiumbatterie und der Ausgangsleistung von 100 kW Brennstoffzellenfahrzeugen als Benchmark entspricht.

Energiedichtevergleich

Als eine Art Speicherbatterie sind Lithium-Ionen-Batterien ein geschlossenes System, die Batterie ist der Energieträger, um vor dem Betrieb aufgeladen zu werden, hängt die Energiedichte von der Energiedichte der Elektrodenmaterialien ab. Aufgrund der Energiedichte ist das Kathodenmaterial größer als das Positiv, so dass zur Verbesserung der Energiedichte die Anodenmaterialien wie Blei, Nickel und dann zur Lithiumbatterie eskalieren. Aber Lithium ist ein Atomgewicht mit minimalem Metallelement, theoretisch besser als Lithium-Ionen-Batterie-Anodenmaterialien ist nur eine reine Lithium-Elektrode, aber die Tatsache ist, dass die Energiedichte nur 1/4 des Benzins beträgt und die Kommerzialisierung technischer Schwierigkeiten in einigen Jahrzehnten groß ist ist kein Durchbruch. Vorbehaltlich der Engpässe in der Theorie der Lithiumbatterie-Energiedichte ist daher der Platz höchstens sehr begrenzt, dh von derzeit 160 Wh / kg bis 300 Wh / kg, selbst bei nur 1/120 der Brennstoffzelle, geht der Start verloren Linie.

Vergleich der Volumenenergiedichte

Der Hauptnachteil von Rohwasserstoff in Brennstoffzellen ist sein geringes Volumen und seine geringe Energiedichte. Nach dem aktuellen Druckbeaufschlagungsmodell von 700 Atmosphären beträgt seine Volumenenergiedichte 1/3 der von Benzin. Der Wasserstoffspeichertank der Brennstoffzelle hat ein Volumen von 100 l und ein Gewicht von 30 kg, was 30 l im Kraftstofftank eines Benzinwagens entspricht. Der Motor ist jedoch 80 l kleiner als der Verbrennungsmotor, und der Gesamtvolumenunterschied ist nicht signifikant. Fahrzeuge mit Lithiumbatterien sind in zwei technische Hauptrouten unterteilt: ternäres und Lithiumeisenphosphat. Repräsentative Unternehmen sind Tesla und BYD. Die ternäre Energiedichte ist höher, aber die Sicherheit ist schlecht, was zusätzliche Sicherheitsschutzausrüstung erfordert. Die beiden für 300 km erforderlichen Batterietypen haben ein Volumen von 140 l und 220 l sowie ein Gewicht von 0,4 t und 0,6 t und sind beide viel höher als Brennstoffzellen. Wenn Wasserstoffspeicherlegierungen und kryogene Technologien zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff den Durchbruch schaffen, werden das Brennstoffzellenvolumen und die Energiedichte in Zukunft um das 1,5-fache bzw. das 2-fache zunehmen, und die Vorteile werden offensichtlicher.

Leistungsdichtevergleich

Die Brennstoffzelle kann als chemisches Stromerzeugungssystem unter Verwendung von Wasserstoff als Rohstoff verstanden werden, so dass die Ausgangsleistung relativ stabil ist. Um die Entladeleistung zu maximieren, muss ein Batteriesystem hinzugefügt werden. Zum Beispiel ist Toyota Mirai eine unterstützende Nickel-Wasserstoff-Batterie. Als offenes Stromversorgungssystem kommt seine Energie jedoch von externen Eingängen. Der zusätzliche Ni-MH-Akku muss das Problem der Energiespeicherung nicht berücksichtigen. Solange es 5-8 Grad beträgt, kann es den Bedarf decken und die Akkulaufzeit ist nicht hoch. Es gibt nur wenige Einschränkungen bei der Verwendung. Obwohl die theoretische Entladungseffizienz von Lithiumbatterien sehr hoch ist, gibt es viele Einschränkungen bei der Verwendung, um die Batterielebensdauer nicht zu beeinträchtigen. Bei voller Ladung kann es nicht mit großer Geschwindigkeit entladen werden, und die schnelle Entladung gilt nur für das Intervall von 0-80%. Trotzdem wird bei einer Entladung mit 5 ° C die Batterielebensdauer im Labor auf das 600-fache verkürzt und unter realen Bedingungen auf das 400-fache reduziert. Zum Beispiel hat sogar Telsa eine maximale Leistung von 310 kW, aber die tatsächliche Entladerate beträgt nur 4 ° C. Darüber hinaus werden Lithiumbatterien als geschlossene Energiespeichersysteme mit geringer Energiedichte verwendet, und eine hohe Leistungsentladung und eine hohe Reichweite sind grundsätzlich nur schwer kompatibel, wenn das Batteriegewicht stark erhöht wird. Obwohl Tesla die derzeitige ternäre Batterie mit der besten Dichte verwendet, wiegen die Batteriekomponenten fast eine halbe Tonne.

Sicherheitsvergleich

Zusätzlich zu den oben genannten Indizes ist zweifellos die Sicherheit von Kraftfahrzeugen von entscheidender Bedeutung. Lithiumbatterie als geschlossenes Energiesystem, im Prinzip ist es schwierig, mit hoher Energiedichte und Sicherheit kompatibel zu sein, sonst ist es gleich der Bombe. Daher ist in der Hauptprozessroute das Lithiumeisenphosphat mit geringer Energiedichte sicherer, und die Zersetzung beginnt, wenn die Batterietemperatur 500 bis 600 Grad erreicht, und erfordert im Grunde keine zu viel Schutzhilfsausrüstung. Tesla mit ternärer Batterieenergiedichte ist hoch, aber nicht hochtemperaturbeständig. 250-350 Grad zersetzen sich, schlechte Sicherheit. Die Energiedichte der von Telsa verwendeten ternären Batterie ist hoch, aber nicht widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen. Es zersetzt sich bei 250-350 Grad und hat eine schlechte Sicherheit. Die Lösung besteht darin, mehr als 7000 batterien parallel zu schalten, wodurch das Risiko eines Auslaufens einer einzelnen Batterie und sogar der Kombination eines komplexen Batterieschutzgeräts erheblich verringert wird. Und frühere Unfälle ereigneten sich mehrmals, obwohl der Vorteil des Sicherheitsdesigns des Tesla und es keine Verluste gibt, aber in Bezug auf den Unfall selbst tatsächlich eine sehr leichte Kollision ist, hat der Körper auch keinen Schaden erhalten, aber die Batterie brennt und spiegelt auch seine Sicherheit auf der natürlichen Seite der Nachteile wider.

Brennstoffzellen Aufgrund des Rohstoffs Wasserstoff brennbar und explosiv macht sich der Markt im Allgemeinen Sorgen um ihre Sicherheit. Da wir jedoch die folgenden Tabellendaten haben, Dampf und Gas der beiden gängigen als Benzinfahrzeuge brennbaren Gase, ist die Sicherheit des Wasserstoffs nicht schlecht und sogar etwas besser. Fahrzeug-Wasserstoffspeicher verwenden jetzt Kohlefasermaterial, bei einer Geschwindigkeit von 80 km / h können Mehrwinkel-Kollisionstests unbeschadet bleiben. Selbst wenn der Unfall aufgrund der hohen Anforderungen an die Wasserstoffexplosion zu Leckagen führt, bevor die Explosion im Allgemeinen zu brennen begann, ist es schwierig zu explodieren. Wasserstoff und geringes Gewicht, das Überlaufsystem des Wasserstoffs steigt nach einem Brand schnell an, anstatt in gewissem Maße, um die Karosserie und die Passagiere zu schützen. Benzin für flüssige Lithiumbatterie für feste, es ist schwierig, in der Atmosphäre aufzusteigen, brennt im Boden des Kesselwagens, das Fahrzeug wird schnell in Brand geraten. Wasserstoffspeicher und Transportverbindungen und LNG eigentlich sehr ähnlich, nur der erforderliche Druck ist größer, mit der Kommerzialisierung ist seine Gesamtsicherheit überschaubar.

Die Kosten für Batteriefahrzeuge werden hauptsächlich in Gesamtfahrzeugkosten, Rohstoffkosten und Kosten unterteilt. Für Brennstoffzellen, die derzeit am meisten verunglimpft sind, sind die Kosten zu hoch, aber mit der Entwicklung des Auges, wenn der technologische Fortschritt und der Kommerzialisierungsgrad zunehmen, ist es ein großer Raum, die Kosten zu senken. Und Lithiumbatterien, wenn man die Kosten für die Erweiterung und die Netzseite berücksichtigt, sind die Gesamtkosten tatsächlich höher als die für Brennstoffzellen. Die spezifische Maßnahme lautet wie folgt:

Der Fahrzeugkostenvergleich

Lithiumbatterie, Brennstoffzelle und die traditionellen Benzinfahrzeuge, Fahrzeugkostenunterschiede, die hauptsächlich in den Motorkosten enthalten sind, diese anderen Komponenten.2 l Benzinmotorwagen kosten rund 30000 Yuan, die Zukunft ist schwer zu ändern. Bestehende Lithium-Ionen-Batterien kosten kWh 1200 Yuan / kWh, die Zukunft wird voraussichtlich 1000 Yuan / kWh betragen, 45 Grad Elektrofahrzeuge, Batteriekosten 45000 Yuan. Brennstoffzellenkosten in erster Linie und Hochdruck-Wasserstoffspeicherbatterie, jetzt betragen die Kosten für 100-kW-Akkus 100 Yuan, was einer jährlichen Leistung von 500000 entspricht. Die Kosten pro Einheit werden auf 30 USD / kW sinken, was 20000 Yuan entspricht. Die bestehenden Kosten für die Wasserstoffspeicherung betragen 60000 Yuan, die Zukunft wird voraussichtlich auf 35000 Yuan sinken, die Gesamtkosten betragen 55000 Yuan. Der langfristige Kostenunterschied zwischen drei Stromversorgungssystemen ist nicht groß, sichtbare Fahrzeugkosten sind nicht das Kernproblem.

Rohstoffkostenvergleich

Der Kraftstoffverbrauch eines 2-Liter-Benzins beträgt 10 Liter pro 100 Kilometer, und der Benzinpreis beträgt 5,8 Yuan / l. Die Kosten betragen 58 Yuan. Lithium-Batterie-Auto Hunderte von Kilometern Stromverbrauch für 17 Grad, 0,65 Yuan / KWH Kosten, kostet 11 Yuan. Brennstoffzellen verbrauchen hundert Kilometer Wasserstoff 9 Quadratmeter, Wasserstoffproduktionsmethoden, die hauptsächlich in die Elektrolyse von Wasser oder chemische Reaktionen unterteilt sind, wie Kohle- und Wasserstoffproduktion, Wasserstoffproduktion aus Erdgas usw. Die Elektrolyse der Wasserkosten beträgt hauptsächlich Strom, durchschnittlich 5 kWh 1 Wasserstoff kostet etwa 3,8 Yuan / Quadratmeter, kann aber direkt eine elektrolytische Wasserstoffstation sein, spart Transportkosten. Wenn eine zentralisierte Produktion fossiler Energie in großem Maßstab genutzt wird, sind die niedrigsten inländischen Kosten Kohle-Wasserstoff, was etwa 1,4 Yuan / Quadratmeter entspricht, während Nordamerika billiges Erdgas zu einem Preis von 0,9 Yuan / Quadratmeter verwenden kann. Wenn wir die Kosten für Kohlegas als Standard nehmen, betragen die Rohstoffkosten pro 100 Kilometer 12,6 Yuan, was sich nicht wesentlich von Lithiumbatterien unterscheidet.

Passender Kostenvergleich

Tankstellen, Tankstellen, Ladestationskosten werden hauptsächlich in Landkosten, Ausrüstungskosten und Baukosten unterteilt. Die Differenz spiegelt sich hauptsächlich in den Ausrüstungskosten wider. Tankstelle Basis in 3 Millionen Yuan, Ladestation ist 4,3 Millionen Yuan, Tankstellen nach Japans aktuellem Standard werden voraussichtlich 15 Millionen Yuan betragen, die Gesamtkosten für Tankstellen sind höher als 10 Millionen Yuan. Nach den 15 Jahren Abschreibung, einem Jahresumsatz von 10 Millionen Quadratmetern, betragen die Abschreibungskosten 0,1 Yuan / Quadratmeter. Wenn kleiner Wasserstoff in der Regel in Tankwagen transportiert wird, beträgt die Fracht 0,44 Yuan / Quadratmeter. Es wird erwartet, dass die Nutzung des Pipeline-Transports vergrößert wird. Die Kosten werden auf 0,23 Yuan / Quadratmeter gesenkt.

Obwohl Lithiumbatterien derzeit in einem vorgefertigten Netzsystem vorhanden sind und einen vollständigen Satz von Kosten bilden, sind sie sehr niedrig. Wenn jedoch eine Förderung erfolgt, wird die Kapazität der vorhandenen Netzredundanz erschöpft sein und die Basis muss in Zukunft in großem Umfang erweitert werden. Durch die Anpassung der Kostenexternalisierung, sodass die Ladestation im Wesentlichen an das Netz angeschlossen ist, werden durch die Berechnung der Kosten der gesamten Industriekette die Kosten für das Stromnetz erhöht. Der allgemeine kommerzielle Betrieb der Ladestation für mindestens 1 Stunde, um einen Schnellladestandard zu erreichen, der der Leistung der Ladestation entspricht, die aus 10 Ladestapeln besteht, wird 600 Kilowatt erreichen, was Hunderten von Familien von Leistungslasten entspricht, was sich auf die Leistung auswirkt Netzlast stark. Das entsprechende Netz benötigt neue Investitionen 1,2 Millionen Yuan, um die Last zu erhöhen, aber eine jährliche Erhöhung der verkauften Menge nur 930000 Grad, nach den Stromeinkaufskosten 0,65 Yuan / Grad, die Netzseite zurück 15 Jahre Investition in die Berechnung, sollte der Preis basieren auf Kosten um 0,18 Yuan / Grad erhöht.

Kostenschätzungen auf der Verkaufsseite

Das Vertriebsnetz der Tankstelle ist sehr ausgereift, die Höhe des Gewinns kann als Tankstelle pro Stunde als Maßstab für eine angemessene Rendite verwendet werden. Die entsprechenden Tankstellen auf jeder Seite sind 0,51 Yuan, 4,9 Yuan pro Kilowattstunde Lithium-Ionen-Batterien. Die Stromsituation, Basic kann kein Lithium-Batterie-Auto fördern. Die aktuellen Vorschriften des Staates, Ladestation Service Gebühr Grenze auf 0,4 Yuan / Grad, aber sein Hintergrund wird eine große Menge von Subventionen gegeben. Aber es gibt keine Industrie, die sich auf Subventionen verlassen kann, um sich für eine lange Zeit zu entwickeln. Wenn in Zukunft die Ladeeffizienz der Lithiumbatterie nicht signifikant war, wird diese Verbindung an der Tankstelle die Rentabilität des Unternehmens erheblich niedriger sein als an der Tankstelle und der Tankstelle. In den großen Städten gibt es keine vernünftige Rendite. Investoren haben keinen Anreiz, Ladestationen oder die natürliche Entwicklung der Branche zu fördern. Die niedrige Energiedichte von Lithiumbatterien ist jedoch zu niedrig. Wenn eine hohe Ladeeffizienz erzielt werden muss, ist die technische Herausforderung für die Lebensdauer des Batteriezyklus sehr groß. Und kann sogar eine Schnellladung von 3 Minuten realisieren, entspricht jedoch einem einzelnen Ladestapel mit einer Leistung von bis zu 1200 Kilowatt zu jeder Ladestation, um einen kompletten Satz einer 110-kV-Unterstation zu bilden. Die Investition von bis zu 50 Millionen Yuan, die eine Fläche von 5000 Quadratmetern umfasst und rund 300 Meter kein Wohngebäude haben kann, stellt Küstenstädte im operativen Bereich derzeit vor eine große Herausforderung.

Gesamtkosten

Integriert alle oben genannten Kosten, Benzinauto, Lithiumbatterie, in der gegenwärtigen Phase, und vollständig kommerzialisieren Brennstoffzellenautos nach hundert Kilometern kosten für 58, 83, 23 und ist 20 Yuan. Kostenanteil von Lithiumbatterien aufgrund des sehr hohen Verkaufspreises, wir betrachten den Ladestapel als 1/3 der Investition in Tankstellenausrüstung, die Stundengewinne fielen auf 1,4 Yuan, Gesamtkosten gibt es 37 Yuan, Brennstoffzellenautos Kostenvorteil für eine lange Zeit ist immer noch sehr offensichtlich. In der Tat ist dies auch die Wurzel aller Brennstoffzellen-Energiedichte am höchsten, die gleichen kommerziellen Fälle, die Kosten der Natur haben den Vorteil.

Eine wichtige Logik für die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge ist die Energieeinsparung und der Umweltschutz, die für China zweifellos wichtiger sind. Gegenwärtig ist China nicht nur stark durch Luft verschmutzt, sondern auch von Ölimporten von bis zu 60% abhängig, von denen 85% der von den USA kontrollierten Straße von Malakka unterliegen. Die Energiesicherheit ist zur größten Schwäche unserer nationalen Sicherheit geworden. Ein wichtiger Grund für den Staat, neuen Energiefahrzeugen enorme Subventionen zu gewähren, ist daher die Verringerung der Abhängigkeit von Ölimporten. Im Folgenden vergleichen wir die beiden Aspekte der Energieeinsparung, des Umweltschutzes und der Ressourcenbeschränkungen wie folgt:

Vergleich von Energieeinsparung und Umweltschutz

Wasserstoff-Brennstoffzellenmaterialien in unserem Land Derzeit ist Kohle das wirtschaftlichste Mittel zur Wasserstoffproduktion, die Lithiumbatterie der Rohstoffe, in unserem Land wird hauptsächlich aus der Kohle zur Stromerzeugung gewonnen. Daher stammen beide Energiequellen aus Kohle. Kohlenstoffemissionen werden einfach in den Upstream übertragen. Ob Energie gespart wird oder nicht, hängt daher von der Energieumwandlungseffizienz ab. Das Auto mit Lithiumbatterie verbraucht alle hundert Kilometer 17 Grad, was 6,8 kg Kohle entspricht. Brennstoffzellen pro hundert 9 Quadratkilometer verbrauchen Wasserstoff, Speicher- und Transportverbindungsverlust 20%, entsprechend der Kohle 7,3 kg; Benzinfahrzeuge alle 10 l von Hunderten von Kilometern Kohlekohle, was 10 kg entspricht. In der Tat ist der Energiespareffekt neuer Energiefahrzeuge nicht offensichtlich, sein Kernwert liegt im Primärenergieverbrauch von Öl in Chinas reiche Kohlenreserven, was das Problem der Energiesicherheit löst. Unter Umweltschutzgesichtspunkten entstehen fast keine Abgasemissionen von Brennstoffzellen, und es wird nur eine geringe Menge Lithiumbatterien emittiert. Die Verschmutzung der gesamten Industrie konzentriert sich hauptsächlich auf den vorgelagerten Bereich. Verglichen mit der Behandlung der Abgasemissionen von dispergierten Benzinfahrzeugen ist die vorgelagerte zentralisierte Verschmutzungsbekämpfung zweifellos viel weniger schwierig. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Brennstoffzellenindustrie die geringste Umweltverschmutzung aufweist und als die beste umweltfreundliche Fahrzeugeergie angesehen werden kann.

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