《電子技術(shù)應(yīng)用》
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細(xì)說鋰電池與燃料電池的三宗罪 未來市場屬于誰

2016-06-16

  電池如衣服,有些好看,,但是穿不了,;有些不好看,,但是能夠穿。

  鋰電池在近20年的電池市場上,,真可謂是大紅大紫,。小到數(shù)碼產(chǎn)品, 智能手環(huán),,中到新能源汽車,,大到儲能電站,無處不見其蹤影,。這是由于,,鋰電池可能是唯一集功率型與能量型特點(diǎn)于一身且技術(shù)成熟的電池產(chǎn)品。

  對于鋰電池的出身,,我不再贅述,,但是有一點(diǎn)要提,鋰電池絕對是電池史的一個奇跡,,是市場與技術(shù)正協(xié)同作用的最好例證,。

  可以規(guī)模化生產(chǎn)的電池當(dāng)中,,以鋰電池和鉛酸電池技術(shù)成熟度為鋰電池成熟度為最高,,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化最強(qiáng)。換言之,,可以通過資本直接采購生產(chǎn)線,,直接生產(chǎn)電池。雖然在工藝上還有很多改進(jìn)空間,,但是當(dāng)下,,鋰電池?zé)o疑是當(dāng)下電動車最好的選擇,可我認(rèn)為,,并不是最終的選擇,。

  鋰電池的三宗罪:能量上限,回收困難,,安全隱患,。

  鋰電池的能量密度,是目前市場上最關(guān)注的問題,。之所以關(guān)注,,是因為它直接關(guān)系著電動汽車?yán)m(xù)航里程。但是提高能量密度卻舉步維艱,,這個討論的很多,,我就不贅述了。

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  談到回收,,這個問題,,我覺得是未來最需要面對和解決的問題,。我曾經(jīng)做過調(diào)查,我們可以在小區(qū)的垃圾桶里撿到被遺棄的舊干電池,,手機(jī)電池,,但是我們從來不能撿到錢算電池。大家都知道鉛酸電池可以賣錢,。這是因為鉛酸電池在失效后,,至少還是30%的殘值。但是鋰電池則不然,,殘值不高,,這就意味著電池的回收,可能不是市場自發(fā)的行為,。那么到時候誰來買單,,就成了一個很現(xiàn)實的問題。如果說鈷酸鋰這樣的材料,,在回收過程中,,從賬面計算上還有利可圖的話,那么磷酸鐵鋰可能就需要有補(bǔ)貼才有人去做了,。低成本帶來的低殘值,,而造成不可循環(huán),可能是磷酸鐵鋰技術(shù)帶來的一把雙刃劍,。也許有時候,,經(jīng)濟(jì)上的不可循環(huán),比在技術(shù)上的不可循環(huán),,更加嚴(yán)重,。

  安全隱患,仁者見仁,,智者見智,。從我個人的觀點(diǎn)看,任何人不再在系統(tǒng)層面去討論安全,,都是耍流氓,。但是現(xiàn)實是,動力電池,,對能力密度要求很高,,對成本又相當(dāng)敏感,作為產(chǎn)品來說,,在這個方向是大大投入,廠家并不討巧,,不如直接告訴人家一個續(xù)航里程多高或者價格多低更加劃算,。燃油車也是這樣的窘境,,再出眾的安全性能,也不如空間大,、外觀靚,、牌子硬、油耗低,、優(yōu)惠大來的實在,。因為安全問題的出現(xiàn),總會有一定的概率,,花大經(jīng)歷去做一些客戶可能會感受不到的事情,,未必每個廠家都會愿意。就像相機(jī),,大家關(guān)注的最多的可能就是像素,,雖然像素高并不說明畫質(zhì)一定好,可能還會更差,,但是市場非常接受,。當(dāng)然,廠家會作一些安全測試,,但是即使測試了100種情況,,還會有101種情況出現(xiàn),這就是我們所謂的意外,。因此在安全問題上不能不遺余力,,在新能源汽車技術(shù)仍不成熟的今天,總會有安全隱患的存在,。

  鋰電鋰電池的問題池解決不了,,如果能解決,那鋰電池就不存在了,。

  很多人在不遺余力地解決著鋰電池的問題,,但是實際上,我堅定的認(rèn)為:鋰電池的問題鋰電池的解決不了的,。

  2000年,,我買了第一部手機(jī),我印象很深,,當(dāng)時用的是鎳氫電池,。首次充電要求18個小時,還要要求用光了電在充電,。以至于到2008年,,有人還在問我,新買的筆記本,用不用第一次充電充12個小時,?

  如果用個名詞,,還描述上述問題,那么大家都知道,,這是電池的“記憶效應(yīng)”,。而當(dāng)十年前,無記憶效應(yīng),,則是鋰電池的主要賣點(diǎn)之一,。

  有些電池的問題,可以解決,,比如工藝的優(yōu)化,,一致性的提高,可以通過“匠人精神”不遺余力地去解決,,但是有些問題,,如能量密度,則是鋰電池從基因里帶來的問題,,它受元素周期律所限制,,所以幾乎是不可能解決的。

  鋰電池之所以存在,,是因為它解決的鎳氫電池基因上帶來的問題,,而鋰電池基因里的問題,也需要別的電池來解決,。

  燃料電池和液流電池更適合新能源汽車,,起碼在形式上更合適。

  除了車的技術(shù)層面,,充電似乎也是一個問題,。燃油汽車,加油大概在十分鐘可以完成,,但是新能源汽車充電,,卻要久的多。

  對于這個“不便”,,解決方式無非是兩種:快速充電和換電技術(shù),。快速充電技術(shù)帶來的問題很多,,會使充電站成本增加,,會使電池壽命下降,會使用電負(fù)荷增加,,很多文章都有所論述,。我想說說換電技術(shù),。2010年到現(xiàn)在,雖然我是個固執(zhí)的人,,但是有很多觀點(diǎn)還是有所改變了,。但是對于換電技術(shù),,我卻始終持否定的觀點(diǎn),。

  首先,電池型號是不能統(tǒng)一,。一說到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,,我最先想到的,就是PC,。但是在汽車界,,卻不盡然。特斯拉開放專利,,不知道目的是不是想做電動汽車行業(yè)的IBM,。但新能源汽車市場,并不是特斯拉一家獨(dú)大,,電池成組,、BMS、熱管理各家都有所長,,所以統(tǒng)一幾乎是不可能,。

  由此引來了問題。這將意味著不同的廠家,,甚至相同廠家的不同的車型,,將會有不同的電池。這等同于,,換電站不能通用(加油站可是通用的),。所以根據(jù)服務(wù)需求,不同廠家,,要做自己的換電站,。

  當(dāng)然,也可以有一家服務(wù)公司統(tǒng)一完成不同品牌不同型號的電動汽車的換電服務(wù),。這將引來另一個問題,,按照一輛車存100度電來計算,那么按照鋰電池的能量密度計算,,單車的電池體量實際不小,。所以這將受日服務(wù)量,儲存空間和換電站的充電能力,,多重限制,。

  同時,還隱含著一個問題,就是電池的產(chǎn)權(quán),。此時,,電池的產(chǎn)權(quán)可以已經(jīng)不屬于車主。因為你的電池會被更換掉,。這就會帶來后續(xù)保修,、維護(hù)和處置等一系列的問題。因此,,可能意味著必須車電分離,。

  車電如果分離,那么可能因為要考慮的更換,,電池和車的比例就會大于1比1,。這是因為比如一輛車有一套電池在使用的同時,這輛車待換的電池也正在充電和備用,。如果10輛車公用11套電池,,那么就意味著電池的成本又無形中提高10%。在市場上新能源汽車當(dāng)中,,一般電池所占成本的比重都很高,,如果這時候電池的成本進(jìn)一步提升,那么誰來買單,,就是個問題了,。

  所以,從第一次聽到換電技術(shù)的2010年開始到今天,,我對換電技術(shù)的態(tài)度沒有什么改變:不是不可行,,而是不是以大面積推廣應(yīng)用。

  在這點(diǎn)上,,燃料電池和液流電池的優(yōu)勢就很明顯了,。通過充填氫氣,或者更換電解液,,即可完成“充電”過程,。而氫氣就像汽油一樣,只要純度合格,,壓力達(dá)標(biāo),,實際上是沒有區(qū)別的。就算不同車型在壓力上有些許的區(qū)別,,通過簡單的二級減壓,,便可實現(xiàn)。不管技術(shù)成熟度如何,,起碼在形式上更加合適,。

  燃料電池的三宗罪:氫產(chǎn)業(yè)鏈,,貴金屬催化,管理困難,。

  這就回到了最開始,,燃料電池,就好像是一件看上去很美的衣服,,但是穿起來并不舒服,。

  從2006年,我便認(rèn)定,,燃料電池的最核心問題,,是氫產(chǎn)業(yè)鏈的問題,。

  杰里米里夫金先生的第三次工業(yè)革命一書中,,提到了能源的五大支柱,氫能就是其中之一,。在關(guān)注的燃料電池技術(shù),,我不免要問,氫從哪里來,。我也曾小覷過制氫技術(shù)之端倪,,但是很遺憾,即使有產(chǎn)業(yè),,但是并沒有產(chǎn)業(yè)鏈,。

  石油之所以能統(tǒng)治能源,完全歸功于石油產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,。除了我們熟悉的汽油和柴油,,無數(shù)種工程材料,日化產(chǎn)品,,都是石油為原材料,。石油分離出的主產(chǎn)品和各個副產(chǎn)品,不但分?jǐn)傊系某杀?,更重影響著各個行業(yè),。

  舉個例子,在東北建了很多風(fēng)電場,,但是出力卻不多,,尤其是在冬天,還是以火電為主,。原因很簡單,,火電廠有一個重要的副產(chǎn)品:熱。如果使用風(fēng)力發(fā)電,,肯定能節(jié)能減排,,東北冬天的空氣也會清新很多,,但是供暖卻無法解決。這就是我所理解產(chǎn)業(yè)鏈,,不知道和經(jīng)濟(jì)學(xué)里專業(yè)的定義有沒有不同,,所謂產(chǎn)業(yè)鏈,就是在生產(chǎn)和使用過程中的所有環(huán)節(jié),,都有人去負(fù)責(zé),,不論是使用、回收或者二次開發(fā),。

  當(dāng)今,,我們對石油的依賴,并不僅僅是汽油,,雖然他是比重最大的,。轉(zhuǎn)過來看,不管是上游的制氫企業(yè),,還是下游的用氫終端用戶,,并沒有實現(xiàn)真正的聯(lián)系。在如果用戶僅是使用燃料電池的新能源汽車,,我想這個產(chǎn)業(yè)鏈并不會發(fā)展得很快,。因為這種供求雙方過于單一了,誰來做燃料電池車,,誰來建設(shè)加氫站,,屆時又是一輪求補(bǔ)的呼聲。很難產(chǎn)生市場與技術(shù)相會催化的正協(xié)同作用 ,。

  說完產(chǎn)業(yè)鏈,,再說說第二宗罪:貴金屬催化劑。

  燃料電池使用貴金屬催化劑,,是一個老生常談卻不能不談的問題,。因為我認(rèn)為它是限制燃料電池發(fā)展的天花板之一??赡苋剂想姵氐膶<視f,,燃料電池的成本不是催化劑,這點(diǎn)我很清楚,,但是我仍要說它是燃料電池的天花板,,是基因里帶出來的缺陷。

  在我看來,,世界上有兩種高成本材料,,第一種是工業(yè)化不足,第二種是資源稀缺的,。對于其產(chǎn),,通過規(guī)?;图夹g(shù)進(jìn)步,可以大大降低成本,,比如燃料電池的成本最高的雙極板,。而對于后一種,規(guī)?;?,帶來的是成本的上升。這就如果鎳氫電池的產(chǎn)量會左右鎳鈷礦石的價格一樣,。貴金屬催化劑就屬于后一種,。

  鉑對于老百姓來講,是一種奢侈品,,而不是必需品,。工業(yè)上,也是用于如電極,、傳感器這樣的小眾的產(chǎn)品,。如果一旦鉑變成了民用級產(chǎn)品,龐大的需求,,會大大抬高它的價格。也就是說,,燃料電池未來的成本呢,,是不可估量的。雖然有專家信誓旦旦的說Miria上市,,解決了貴金屬催化劑的問題,,雖然我看到了豐田將貴金屬催化劑的實際產(chǎn)品上的用量,推向新低,。雖然我承認(rèn),,在技術(shù)上相當(dāng)逆天,但是如果想大規(guī)模使用,,可能還不夠低,。

  燃料電池的第三宗罪:我稱之為管理困難

  管理困難是相對鋰電池而言。燃料電池也好,,液流電池電池也好,,在管理上都比鋰電池鉛酸電池復(fù)雜一個緯度。如果我把鋰電池定義為二維管理,,即溫度場和電場的話,,那么燃料電池則是三維管理 ,即電場,、溫度場,、流場,。因此管理相當(dāng)復(fù)雜。

  有人把燃料電池的管理,,稱之為水熱管理,,這是很有道理的。舉例說明,,眾所周知,,燃料電池的反應(yīng)是氫氧生成水,這個水就大有學(xué)問,,首先水對于燃料電池來說是必須的,,因為質(zhì)子交換膜必須在濕潤的環(huán)境下才能工作,而燃料電池的工作溫度是60攝氏度,,膜中的水分很難保持,,需要人為加濕或者用反應(yīng)產(chǎn)生的水來補(bǔ)充。這個水的量就很難控制了:如果水少了,,膜會因為脫水而使電池內(nèi)阻迅速上升,,如果水多了,也會因為電極“水淹”使得電池放電能力迅速下降,,正所謂多了不行,,少了也不行。更何況電池的輸出和環(huán)境溫濕度也是在不停的變化的,,如何在一個電堆中恰到好處的控制,,困難之極。諸如此類,,燃料電池從基因里帶來的管理困難還有不少,。所以,雖然燃料電池比鋰電池的控制僅僅多了一個緯度,,但是控制難度卻多了幾個數(shù)量級,。

  沒有一種電池沒有問題;也沒有一種電池,,能解決所有的問題,。找到自己的應(yīng)用場景,甚至多種電池聯(lián)合使用,,才是王道(老張,,2014年某峰會)。

  我很少參與鋰電中鐵鋰與三元之爭的嘴仗,,因為永遠(yuǎn)沒有結(jié)論,。大家只是在維護(hù)商業(yè)利益,而不是技術(shù)之爭,。這就如同在爭論學(xué)校的校醫(yī),,和三甲醫(yī)院的主治醫(yī)師,,哪個好一樣。如果說強(qiáng),,主治醫(yī)師必然獲勝,,但是校醫(yī)不花錢、不排隊,、隨時隨地能給學(xué)校的孩子處理緊急或不太緊急的狀況,,所以主治醫(yī)師永遠(yuǎn)代替不了校醫(yī),反之亦然,。

  這個例子,,其實也就是說明了應(yīng)用場景的重要。在我和別人說燃料電池更適合新能源汽車的時候,,經(jīng)常被人曲解,。我從不認(rèn)為鋰電池不適合新能源汽車,而是鋰電池不適用于所有的新能源汽車,。在某一細(xì)分市場,,可能更合適一些,比如現(xiàn)在正在熱議的低速電動車,。

  在此,,我想再多啰嗦一句:即使今天,那些被鋰電池的“淘汰”的鎳氫電池和鉛酸電池仍在市場是大量的應(yīng)用,。雖然有短處,,但是也必然會有長處,揚(yáng)長避短,,與市場需求磨合即可。因此鋰電池的問題也沒必要去回避,,只要在自己合適的應(yīng)用場景來發(fā)展,,便會有很大的市場。

  從形式上,,燃料電池更適合于新能源汽車,。但是技術(shù)上,還有很多問題要解決,,而且是很難解決,。燃料電池是最古老的電池,比鉛酸的歷史還要悠久,。一百多年都沒完成的事業(yè),,要想在幾年內(nèi)完成,還真是需要有兩把刷子了,。

  科學(xué)是技術(shù)的天花板,,只有科學(xué)進(jìn)步了,,天花板上移了,技術(shù)才有發(fā)展空間,。但是科學(xué)不是發(fā)明,,而是發(fā)現(xiàn),需要準(zhǔn)備,,需要運(yùn)氣,,更需要持之以恒。如果科學(xué)家都去做工程師的活兒了,,天花板不動,,即使齊天大圣一樣的神通,再怎么折騰,,也跳不出如來的五指山(這段是感慨,,也是牢騷,看官請無視),。

  最后,,我想引用2006年某教授說的一句話作為結(jié)尾:“燃料電池肯定要火,但是是五年還是五十年,,就不好說了”,。如果當(dāng)時看燃料電池的技術(shù)真要再等50年,那么以過去10年,,我們可能還要再等40年,。


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