筆者個人認為當前我國將鋰電純電動車定為國家戰略,更多是從中國能源安全和環境保護的角度出發,同時也考慮到了我國鋰電產業有一定的產業基礎。
歐美日在氫能和燃料電池方面的戰略布局
目前,全球氫燃料電池電動車的研發以日系車企為軸心形成三大陣營。Toyota與BMW合作開發燃料電池汽車,而 Daimler-Benz、Ford則是跟Nissan結成合作伙伴, GM的合作伙伴是Honda和Hyundai。全球幾家主要汽車公司已經或者即將推向市場的FC-EV的主要技術指標如下表所示:
從上表我們可以看到,Toyota 去年底量產的Mirai FC-EV性能最為先進。Mirai使用的輔助動力系統采用的是1.6 KWh的鎳氫電池,未來將會替換成鋰離子電池。
有讀者可能會說,這些傳統汽車公司根本不愿意看到電動汽車的到來,因為這樣會影響普通汽車的銷售。筆者個人認為,這種觀點無疑是非常偏頗的。對于電動汽車發展過程中面臨的技術和市場推廣上的困難和挑戰,沒有誰比這幾家主流汽車廠家更有發言權。不過話又說回來,這幾家國際主流車企肯定有它們的算盤。在筆者看來,絕大多數國際主流汽車廠家之所以沒有對鋰離子電池純電動汽車(LIB-EV)投入太多精力,是有其深層次原因的。
一方面,鋰離子電池生產的核心技術掌握在日韓少數幾家鋰電公司手里,除了Toyota和Nissan這兩家日本車企,全球其它汽車公司都沒有在二次電池技術方面有太深的造詣和技術積累,這就使得國際主流汽車廠家無法在鋰電純電動汽車方形成太高的技術壁壘。
說得直白點,電池純電動車的核心還是電池技術,而這一領域又不是整車廠家所精通的,即便是特斯拉以電池管理系統(BMS)為壁壘的作用也極其有限。至于快速充電技術,則是連特斯拉都無法很好解決的問題。而最關鍵的因素,則是這些汽車大廠都明白,鋰電的能量密度太低在續航里程上毫無勝算。
而另一方面,與目前國內鋰電純電動汽車發展模式不一樣的是,燃料電池電動汽車的發展從一開始就是在這些主流車企的主導下進行的,并且這幾家主流汽車廠家在燃料電池都擁有相當強的研發實力和技術積累。而且相對于鋰電而言,燃料電池本身就有很高的技術難度,研發成本極其高昂,研發周期更是以5-10年為單位。燃料電池在資金和技術上的壁壘,可以直接將絕大多數中小車企阻擋在外。
這兩個方面的因素,是LIB-EV在歐美市場一直不溫不火的根本原因。就目前鋰電的技術水平而言,為了在續航里程和制造成本之間取得平衡,國際車企針對普通消費群體銷售的純電動車的趨勢是小型化,如已經商業化的Nissan Leaf、Mitsubishi MiEV和GM Bolt都是微/小型電動車,Tesla Model 3 實際上也屬于中小型車范疇。
雖然價格得以控制,但這些小型車的實用性、舒適性、駕駛樂趣均無法與中級轎車相提并論。純電動汽車為了獲得超過300英里的續航里程,必然要求增加動力電池的數量而達到存儲更多電能的目的,這樣就不可避免地帶來成本的大幅攀升,因此這一策略僅僅可以在高售價的轎跑上實現。Model S和歐美其它幾款長續航力EV都選擇高端轎跑車型,這是有其必然原因的。
Tesla的火爆,在筆者看來更多的是互聯網思維在市場運作和營銷模式上的成功,它并不能掩蓋鋰離子電池純電動汽車在全球發展所面臨的尷尬現狀。而Tesla Model 3 這款即將量產的“平民級”純電動車, 320公里的理論續航里程(實際工況續航里程可能只有250公里)直接將中小型級別LIB-EV打回了原形。
筆者個人認為,對于鋰電和燃料電池純電動汽車技術路線的爭議,還可以從另外一個角度進行思考。燃料電池使用的燃料是氫氣,目前的來源主要還是石化產業的副產物,而電解水制氫效費比較低,光解水目前還處在實驗室階段離產業化還很遙遠,也就是說燃料電池實際上還是與石油產業緊密關聯的,FC-EV并沒有打破目前汽車工業和石油產業這種緊密聯系的戰略格局。
而鋰電純電動汽車情況則大不一樣,電動汽車充電的電能來源具有多樣性并不僅僅局限于電網體系,而電網體系也就是大能源產業跟石化產業的依賴程度各國的情況并不一致,比如中國目前以煤電為主法國以核電為主而美國則是以油氣為主但能源結構多元化,但總體而言電網對石化產業的依賴程度并沒有汽車產業那么緊密。也就是說,鋰電純電動汽車的商業模式,有可能從根本上改變石油產業的命運!
有興趣的讀者可以看看“Who Killed the Electric Car?”這部紀錄片,就會對美國十多年前純電動汽車發展的困境有所了解。考慮到美國汽車界跟石油行業的緊密關系,也就不難理解為什么美國三大汽車公司對純電動汽車一直提不起興趣的根本原因了。Ford和GM這兩個沒落貴族迫于形勢現在也不得不搞點PHEV裝點下門面,不然就當真被看作是美國汽車工業衰敗和腐朽的代名詞了。
筆者個人認為當前我國將鋰電純電動車定為國家戰略,更多是從中國能源安全和環境保護的角度出發,同時也考慮到了我國鋰電產業有一定的產業基礎。至于燃料電池,則跟西方發達國家差距實在太大,目前根本不具備產業發展的可能性,就這個問題筆者在后面還會具體分析。
國內的主流觀點認為,我們內燃機技術已經落后國外太多,但在鋰電純電動汽車方面則與西方發達國家幾乎同時起步,這為我國汽車工業實現 “彎道超車”提供了絕好機會。這個觀點是否科學,那就是見仁見智了。Toyota Mirai燃料電池電動汽車在2015年年底投產,之后請來安倍晉三為Mirai宣傳造勢,更是激起國內民眾的普遍反感。一時間,國內電動車界對日本發展燃料電池電動汽車充斥著“路線錯誤論”和“陰謀論”的論調。如果拋開民族情感,當我們了解到這些國際主流汽車廠商在電動汽車發展上的“歷史問題”,就會對中國電動車界的這些觀點有自己的思考。
其實,不僅僅是全球主流車企在HEV、PHEV,LIB-EV以及FC-EV上的多重布局,國際頂級電極材料供應商也是如此:
比利時Umicore目前是全球最大的鋰電正極材料生產商,它也曾經是全球最大的堿錳電池無汞鋅粉供應商和全球第二大鎳氫電池球鎳生產商(相關業務已出售)。Umicore在2011年率先建成了全球第一條商業化運營的鋰離子電池回收生產線。可以說,Umicore在整個二次電池材料產業鏈上的布局之完整和嚴密,是全球任何其他企業都無法與之匹敵的。同時Umicore也是全球三大貴金屬催化劑公司之一,它在燃料電池催化劑方面也有很大投入,而且擁有自己的燃料電池公司Solvicore。
美國3M無疑是在PEMFC和鋰電關鍵材料方面最具研發實力的公司。3M擁有三元材料方面的核心專利,對層狀正極材料的理解全球無人能及。同時,3M在特種電解液添加劑,合金負極方面也是可圈可點。另一方面,3M在PEMFC電催化劑和MEA制備方面也擁有強大研發實力,申請了眾多專利。事實上,3M在有序Pt納米催化劑有序列陣和MEA方面的研究工作,一直是幾年前DOE在PEMFC領域少數幾個拿得出手的大項目。
德國BASF通過收購美國PEMEAS和Engelhard,從而獲取了高溫PEMF(HT-PEMFC, H3PO4摻雜PBI體系)的核心技術,在2006年成立了燃料電池分公司,成為HT-PEMFC電極和電堆方面唯一供應商。而到了2012年年初,BASF在完成并購美國Ovonic(鎳氫電池),Merck和Novolyte的電解液業務以及Becker Underwood的鋰電業務,并整合了BASF自己的鋰電正極材料的研發/中試部門,正式成立了BASF電池材料部。我們可以清楚你看到,BASF在燃料電池和鋰電兩方面的雙重布局。
英國Johnson Matthey是全球最大的有色金屬和貴金屬巨頭,也是全球三大貴金屬催化劑公司之一(另外兩家是Umicore和BASF)。JM最早實現了Pt/C催化劑的商業化生產,目前也是最大的燃料電池催化劑生產商,同時JM也有擁有自己的燃料電池公司。2014年7月份和10月份,JM分別收購了萬向A123在常州的LFP材料廠和瑞士Clariant的能源存儲事業部(原Phostech公司),之后整合已有的鋰電系統公司成立了電池技術部。
美國杜邦(DuPont)是全球最大的質子交換膜生產商,Nafion膜堪稱高分子化工領域世紀經典產品之一。杜邦在PEMFC電極和MEA方面也有很大的研發投入。最近幾年,杜邦也開始進軍鋰電領域,在含氟特種電解液,LTO負極以及三元材料正極方面都有已經有產品問世。
美國陶氏化學(DOW)同樣也是質子交換膜生產商巨頭,數年前也開始在鋰電方面發力,通過收購瑞士HPL,陶氏已經在三元材料和磷酸鹽正極材料以及電解液添加劑方面有產品問世。
以上只是部分列舉了一些國際化工巨頭在鋰電和燃料電池方面的戰略布局,我們就可以看到這些跨國公司對鋰電和燃料電池的重視程度。鋰電是現在時,而燃料電池則是將來時,鋰電和燃料電池各自的應用領域并不完全重合,它們兩不是誰壓倒誰的零合游戲,跨國公司雙面下注已經給出了最佳答案。
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原文標題:【利元亨·JFD專欄】歐/美/日/韓對氫燃料電池的戰略布局(下)
文章出處:【微信號:gh_a6b91417f850,微信公眾號:高工鋰電技術與應用】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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