长城汽车燃料电池——氢柠技术解读
来源 I 严说一点 2021-04-08 06:02:06
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氢能,是一个我们从初中课本里就学到的词语。它被一些电动车业界大佬认为是智商税,是不切实际的妄想,也有很多人称其为终极能源,是碳中和的法宝。那么氢能对于用户用车和能源产业到底意味着什么,长城汽车最新发布的氢柠技术又为氢能的应用描绘出了怎样的未来?



氢燃料电池汽车比电动车强在哪?



在氢燃料电池汽车中,氢气不是以燃烧的方式释放能量,而是通过电化学反应直接产生驱动车辆的电能。想要实现这一反应,并不是将氢气和氧气进行简单的混合就能完成,它还需要燃料电池中的膜电极(包括催化剂层、气体扩散层和质子交换膜)为反应创造条件。



正因为使用过程中存在复杂的能量装换,马斯克、王传福等电动车界的大佬认为氢燃料电池是将简单的问题复杂化了,使氢能的最终效率并不像大家想象的那么高效。那么氢燃料电池相对于电动车究竟好在哪? 首先,作为一种能量密度三倍于汽油的能源,氢能与氢燃料电池汽车的搭配最先解决的是电动车补能速度和里程焦虑的问题。

另一个困扰电动车的问题——冬季续航衰减,在氢燃料电池汽车上也同样得到了缓解,不必过于担心车辆在冬季和低温条件下的续航表现。

此外,氢燃料电池工作产生的这部分热能还可以用于进行车内采暖,用户也就可以像开燃油车那样在冬天放心大胆的开暖风了。氢能上车需要几个步骤? 2001年我国才开始进行氢燃料电池汽车的研发工作,首次提出氢能产业发展计划是在2016年10月发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》中。而美国通用早在1966年就已经开始研发氢燃料电池汽车,日本的本田则开始于1992年。由于起步较晚,膜电极、双极板、高压储氢瓶、增压机、制氢、储氢等核心关键技术的研发仍落后于日本、韩国、加拿大、美国等先发国家,国内的供应商体系也并不完善。 通过自主研发、自主制造,长城汽车逐步实现了“电堆及组件、燃料电池发电及组件(控制器等)、Ⅳ型储氢瓶、高压储氢阀门、氢安全、液氢工艺”六大核心技术和产品的知识产权自主化,并形成了氢柠技术这一高性价比的车规级“氢动力系统”解决方案。
国内比较成熟的储氢瓶产品是使用金属内胆的III型瓶,储气压力为35MPa(约合350个大气压,是液化气罐储气压力的60倍),通常被应用于空间限制宽松的氢燃料电池商用车上。而在乘用车领域国外车企主要采用的是70MPa(约合700个大气压)、塑料内胆的IV型瓶,尤其对于寸土寸金的乘用车来说,在存储相同质量的氢气时,更大的储气压力可以显著降低储氢瓶的体积,大大降低车内的空间布置难度,塑料内胆的使用还可以降低储氢系统的重量。

想要让70MPa的高压储氢系统安全稳定的工作,配套的验证手段和保护措施也必不可少。通过循环疲劳、压力爆破等试验手段的建立,可以对储氢系统的耐久度和耐压能力进行测试,从而验证瓶体和阀体的安全性。

接下来想要将氢能转化为电能从而驱动汽车,还有赖于一个高效的电堆,来为氢气的电化学反应提供场所。目前,长城氢柠技术已经具备了大功率电堆的材料选型、结构设计、性能仿真、制造和生产工艺的全套能力,可年产100万片膜电极、3000套150kW电堆,能满足氢燃料电池汽车的装机需求。

长城还实现了电堆的模块化设计,能通过模块的叠加满足从千瓦级到兆瓦级功率范围的需求,使氢燃料电池可以应用在轨道交通、船舶、航空、氢能发电、大功率备用电源等领域,从而扩大技术的应用范围,也促使氢燃料电池产业更快成熟和降低成本。 最后,氢燃料电池还需要一套可靠的电堆管理系统,来监控电堆内电化学反应的进行情况,通过对供气量、湿度、温度的控制,保证氢燃料电池在适宜的状态下工作。
在氢燃料电池汽车的普及上,氢气的制取、储运、加注全产业链的打通,也是让氢燃料电池汽车好开好用的重要因素。

此外,长城汽车还对低温液氢的液化、储存和加注技术进行了公关,如果以体积能量密度更大的液态氢气来进行氢气的储运,能让氢能的长周期存储和长距离运输更加高效。


经历十年建设发展的充电网络目前仍然难以达到完美覆盖,造价更高、占地面积更大的加氢站建设自然也不是短时间就能初具成效的工程。而氢燃料电池汽车的试运营和商业化,将是拉动整个氢能源产业发展的最好抓手。在整个氢能源体系完备之前,长途使用、路线固定的商用车,或者是大型的乘用车,会是氢燃料电池汽车占据优势的领域,而更灵活的充电桩则能让电动车胜任城市中短途出行场景。编辑点评:
对于氢燃料电池汽车的发展前景,所承受的期待和非议都要比十年前的电动车更大。能量密度、环境友好度等先天的优势使我们对氢能如此着迷,而任重道远的能源体系建设又让我们对它的前景忧心忡忡。但不妨以发展的眼光看待氢能源的未来,用发展的手段解决氢能源面临的问题,相信随着越来越多的车企加入氢能源赛道,未来绿色出行的新前景也会逐渐明朗起来。来源:汽车之家


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