人大代表力推氢燃料电池,新能源下一个“风口”来临!
作为新能源汽车的主要方向之一,氢燃料电池车的发展一直是业内关注的焦点,在此背景下,关于如何发展氢燃料电池技术,也成为了今年“两会”上的一项重要议题。
此次大会上,全国人大代表,长城汽车总裁王凤英女士提出了5项议案建议。其中之一就是发展氢燃料电池汽车。王凤英表示:“政府应引导加大相关基础科研投入;鼓励、推动各地因地制宜开展氢能示范应用;通过政策引导社会资本投入;完善标准法规建设,加快氢气纳入能源管理体系后的管理细则制定;制定国家级顶层氢能规划,合理规划加氢站。”
其实,氢燃料电池已经不再是一个多么新鲜的事物了,在最近几年很多的车企也在这一领域积极研发,尤其是丰田、本田这两家日系车系更是已经推出了量产化的产品,而通过这些车型我们也看到了氢燃料电池的优势所在。
但任何事物的诞生也都存在着两面性,氢燃料电池相比传统动力电池,虽然可以真正意义上做到“0”污染,但对于氢燃料电池而言,控制成本以及安全层面等技术难题目前还有待解决,而这些也都将是阻碍氢燃料电池技术发展的关键所在。
氢燃料电池有何优势?
事实上,对于氢燃料电池的探索,人类已经在氢能源动力汽车领域探索了半个世纪。1966年,美国通用公司对为美国登月计划研发的氢燃料电池汽车进行了10个月的测试,发现其在耐久度及应对极端气候等方面均有不错表现。
不过由于种种原因,这款氢燃料电池汽车被雪藏多年,直到2001年才重现江湖,成为通用氢燃料电池科技的巡回展演范本。
20世纪90年代,氢燃料汽车的研发大旗被日韩接管,两国后来居上,本田、丰田、现代汽车三家车企先后进军氢燃料汽车的研发工作。从2013年开始,日韩企业的研发成果陆续出炉,韩国现代TucsonFCEV燃料电池车、丰田Mirai燃料电池车等量产产品接连问世,由此也拉开了氢燃料电池的发展进程。
而对于当下的国内新能源领域而言,氢燃料电池又存在哪些意义呢?需要肯定的是,国内大力推动新能源汽车,摆在明面上的一个重要因素就是环保,说来说去发展上百年的传统汽油车成为了环境污染的最大恶人,那么现在的新能源车型就一定没有污染吗?
答案是否定的。目前传统动力电池确实引起了一些环境担忧。例如钴、锂、镍和铜等电池常用的关键金属的开采经常会引发人们对工人和环境安全的担忧。
反观氢燃料电池对环境则没有任何污染。氢燃料电池仅产生水和热量,如果氢气是由可再生能源(光伏电池板、风力发电等)产生的,则整个循环过程不会完全产生有害物质。此外,氢燃料电池的工作效率也十分出色,根据相关机构检测得出的数据显示,燃料电池动力系统从氢中获取能量的效率要比传统汽车从汽油或柴油中获取能量的效率高得多。
大势所趋?
正因如此,氢燃料电池技术也在一定程度上受到了国内政策的滋养。
众所周知,现阶段纯电动和插电式混合动力汽车所享受的财政补贴已经大幅下降,但氢燃料电池汽车不在补贴退坡范围之列。此前,财政部在《2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策方针》中也明确表示,氢燃料电池汽车在2020年前补贴不退坡。
另外,作为新能源汽车主要技术路径之一,氢燃料电池汽车在《国家创新驱动发展战略纲要》、《中国制造2025》和《汽车产业中长期发展规划》等重要战略纲要中,均被确认要大力发展。按照相关规划,我国到2030年要实现氢燃料电池汽车的保有量200万辆。
受政策的引导,目前我国传统车企中长城汽车、吉利汽车、众泰汽车都已在氢燃料电池领域有所布局。
长城目前已经设立了德国慕尼黑研发中心和保定氢能技术研发中心,长城董事长魏建军曾宣布,将于2021年推出旗下首款氢燃料电池量产车;众泰汽车与法液空技术创新中心正式签订合作协议,将共同研发金属双极板燃料电池电堆,并应用于众泰车型;去年5月29日,吉利新能源商用车集团在北京发布首款氢燃料电池汽车F12,除商用车外,目前乘用车领域也在投入开发氢燃料汽车。
当然,车企的频频入局也无非是为了日后其在该领域的发力做准备,道理很简单,因为谁也不愿意在正处发展初期的氢燃料电池领域率先掉队。
氢能源仍存瓶颈
需要指出的是,虽然氢燃料电池存在很多优势,但从该技术领域的发展过程来看,氢燃料汽车想独有一片天地是非常困难的。
首先,加氢站基础设施建设难度大。加氢站建设成本十分高,比普通加油站高出几倍,部分小城市发展难成规模;数据显示,截至2019年,我国已投产加氢站数量达到?25座,较2017年仅增加了14座。
此外,高昂的氢燃料电池制造成本问题也难以攻破,尽管氢燃料汽车在燃料补给成本上与传统燃料相似,但开发这项技术并不便宜,储存或运输氢的成本也很高。目前首款实现量产的氢燃料电池车丰田MIRAI,售价高达46万,如此高昂的售价也让很多消费者望而兴叹,而如何控制成本成为当下氢燃料电池车发展的难题。
在安全层面,氢燃料所需要的氢原料也需多方周全。在制氢、储存、运输等方面都需要百分之百的安全,并且在后期保养方面也不能掉以轻心。前不久,挪威就发生了一起加氢站爆炸事故,爆炸原因主要是其中一个氢气罐中的螺栓安装不正确,导致氢气泄露在空气中,并形成了最终爆炸的气体混合物,发生了危险。
虽然目前燃料电池领域还存在很多技术瓶颈,但从目前的政策导向来看,国家层面对于氢燃料电池汽车的重视度正逐渐上升,这也预示着氢燃料电池领域还存在着很大的上升空间。而对于当下的氢燃料电池而言,如何解决其高昂的制造成本和安全层面的技术难题或许才是其能否大行其道的关键所在。
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1、新出行时代,“充电服务”会成为下一个风口。
2、新能源汽车市场发展如火如荼,国家也出台多项政策,均表明了想大力发展新能源汽车的决心。出行服务,从目前看,主要分成两大业务板块:网约车和分时租赁,这两者最大的区别就是前者是有司机的,用户只需要叫车就可以,典型代表:滴滴打车。后者则是需要消费者自己驾驶车辆,类似租车,典型代表:EVCARD。以下是我整理的全国不同的分时租赁公司,区域布局的特征还是很明显的。
3、不论是网约车还是分时租赁,新能源汽车都可以大展拳脚,尤其是等充电基础设施完善了,电池储能技术突破了,则更加可以推动新出行业务的发展。
这里我们可以延展一下,当初互联网初时代,经典的BAT进入市场,但是真正的崛起是什么时候,是网速得到了发展,互联网得到了普及的时候,那时候是真正解决了网络问题,解决了网速问题,让互联网不再属于小众产品的时候。再向后看3G跟4G的革新表面为我们带来的是网速的变化,但是实际呢?如果说不是网速的升级后面的APP能走到如今程度吗?甚至现在手机上能解决电脑上百分之七八十的事情,这个时代带来的TMD,他们的主要用户群体你会发现全部是移动端用户,包括短视频APP也是在用户在网络的满足上提供的进一步的文化传播载体,这些都是后面4G带来的升级点。
5G最直观的说明是,更高的网速,更低的延迟,其实可以想象以下几点重大提升:
一、小程序还有很大的上升空间,小程序崛起时间说长不上说短不短,他给我们提供的辅助是减少我们桌面的APP数量,提供更便捷的使用服务,但是真正去用起来的时候会发现,高额的流量成本,网速制约的加载速度,无一不在影响着我们对这个产品的使用兴趣,那么5G提供的网速跟延迟说不定真的会让小程序真正的崛起,
二、AR、VR的覆盖度以及对应广告载体的变化,以前我们买东西要去实体店看,现在我们在网上看平面图,以后我们肯定能做到在家里全方位的去看到这个产品并做详细的对比,甚至按照1:1以AR形式对比看看自己对于其大小的感知,这个对应的,像这类程序、设备、以及提供该项服务的厂家说不定就能真正开始面向大众而不是受着网速的限制,延迟时间过长的问题苦苦懊恼了。
三、远程操作的准确性能得到一个很大的提升,因为网络延迟,其实远程操作包括纯机器操作的很容易出现问题,而有些问题会导致出现很严重的后果,当延迟基本可以忽略不计的时候,远程操作这个肯定会得到广大用户的喜爱,比如现在很火热的无人驾驶,还有远程操作设备开启关闭,真正的全自动化无人工厂。
四、 游戏 行业其实可以看到随着时代的发展, 游戏 这个行业也是在告诉发展,因为以前网速受限,因为以前设备受限等问题现在都在得到一步一步的解决,当5G来临之后,真正的沉浸式体验,代入式的 游戏 说不定都会得到实现,到时候同样能掀起一大波浪潮。
其实很多人可能会说了,我知道这些好像没啥用,的确,看上去都是一些高 科技 技术产业,但是,他们的发展意味着上下游产品的需求激增,上海垃圾桶都能卖到断货,你觉得这些产业一旦发展起来他们对于材料,半成品的需求量会低么,那么下游用户不就又是一个红海么。
中季报的 科技 , 游戏 ,医药,食品
大 健康 产业。老龄化越来越严重,人们对于 健康 、保健的需求越来越多,加之疫情影响,大 健康 产业将更加具有发展空间。
个人意见,仅供参考。
综合各种行业情况看,下一个一定是人工智能。原因有三大主要方面
首先得定义一下什么是风口,对于风口经济大家众说纷纭,但是比较集中的一点是短期内需求量暴增,并慢慢成为稳定的具有影响力的行业,比如互联网,在2000年后行业指数暴增,现在已经成为一个大的行业,可以成为互联网行业。再比如短视频,这几年可以说风头无二,现在已经慢慢要成为一个大行业,这是短视频行业的未来趋势。
所以风口要看短期发现趋势和长期趋势。缺一不可。像大家所认为的 健康 行业,这个成不了风口。因为这个行业不会一股脑出现投资热或者成为流行趋势,只是未来可期的一个稳定的行业。本身的性质就不符合风口经济趋势。
个人认为中国制造将成为下一个风口。为什么这么说呢,因为当今全球只要需求暴增,就需要完整的产业链,中国现在具备这样的一个能力,因此能打造爆款的能力就是符合风口经济的规律。比如鞋,尤其运动鞋,莆田制鞋的技术天下独步,可是品牌运作可以说是跟当今 社会 差了几个世纪。在中国这样的行业很多,都在扎扎实实在搞技术生产。疫情发生后,有一批人在琢磨品牌的事情,这两股力量如果能整合定是下一个风口。
谢谢
养老+医药,中国人口数量最多的年代为60年-80年,这批人群已经进入中年往老年方向发展,行业前景广阔。
风口这个词,本来就是个套路。这个世界上哪有风口,你应该寻找的是属于自己的风口。
养老产业
农业智能化
响应国家号召,支持摆摊经济
目下最大的赛道,无疑是新能源 汽车 。有人甚至说,新能源 汽车 在未来十年也仍会是最大的风口。当然,这其中包含的意思,除了产业本身的发展之外,也同样体现了技术层面可能出现的重要迭代乃至革命。
在整个新能源赛赛道中,“整车”无疑是最光鲜和最吸引眼球的。但当前整车市场的竞争堪称惨烈。国内被戏称为“PPT造车”的“造车新势力”,企业数量近500家,目前脱颖而出的也不过蔚来、小鹏、理想、零跑、威马、哪吒等屈指可数的几家。
同时在新能源 汽车 “全球老大”特斯拉持续降价、销量暴增之后,尚未盈利的“蔚来”们,又将面临怎样的剧烈冲击和未来?
所以说,当前的整车赛道已经拥挤不堪且危机重重,对于整车企业个体而言,未来的发展充满着不确定性。
而新能源领域具备较大确定性的环节在哪?毫无疑问是动力电池。一个朴素的道理:无论谁在造车,都离不开或者说希望获取高能量密度、高安全性又低成本的电池配备。
因而,背靠日益膨胀的新能源 汽车 市场,动力电池领域无论在效率、成本、安全等维度上的重大突破,无疑都将是一个具备高度确定性的“超级风口”,甚至具有划时代的意义。
动力电池领域公认的标准是:如果电动车的电池能量密度能从当前主流的160wh/kg,提升至400wh/kg,那么电动车足以完全取代传统的燃油车。
面对这一创造 历史 的机遇和巨大的市场前景,国内外一众电池生厂商也已开足马力投身于下一代动力电池的研发。这其中,“固态电池”则是当下最火热、最被寄予厚望的“超级电池”研发技术路径。
动力电池:新能源 汽车 的生命线
这两年特斯拉持续降价,最新的拳头产品“Model Y 标准续航版”税后报价27.6万元,较之其此前推出的“Model Y 长续航版”降价7万元有余,由此引发热销。
而促使特斯拉可以大幅降价的底气就来自于换装 “磷酸铁锂电池”后成本骤降。
目前新能源 汽车 搭载的动力电池主要是“三元锂电池”和“磷酸铁锂电池”两种,我们来简单介绍下这两种电池。
“三元锂电池”电池正极添加了镍、钴、锰等三种贵金属,因而能量密度和充电效率较高。
但也正因为添加了这三种贵金属,三元电池成本较高。同时也导致电池内部高温状态下化学反应剧烈(200 左右会发生分解),容易引发燃爆,为提升安全性能则需要增加更多成本。
另一种“磷酸铁锂电池”,则不含有贵金属成分,因而成本较低。同时“磷酸铁锂”化学性质稳定(500 左右结构依然稳定),不易燃爆,使用寿命较长。主要缺点是能量密度、充电效率不及三元电池,同时在低温状态下性能较差。
但近年来宁德时代的“CTP模式”(将电芯直接集成到电池包)、比亚迪的“刀片结构”(单体电池通过阵列方式排布插入电池包)等技术突破,已使得磷酸铁锂的能量密度基本达到了主流的160Wh/kg,充电效率也大幅提升。由此,磷酸铁锂电池低成本的优势也就更加凸显。
而此次特斯拉“国产Model Y标准续航版”,正是由原先松下的三元电池“换装”成了宁德时代的CTP模式“磷酸铁锂电池”,由此成本大降,也搅动了国内新能源 汽车 市场的大潮。
动力电池之于新能源 汽车 的重要性也可见一斑。
固态电池:群雄逐鹿的下一个战场
20世纪90年代以来,包含液态电解质的锂离子电池(包括前述磷酸铁锂电池和三元锂电池)已成为当前最成熟、应用最广泛的电池技术路线。
而随着市场对电池能量密度、安全性、经济性等方面的要求日益提升,传统锂离子电池已逐渐不能满足需求。于是采用固体电极和固体电解液,并具备更高能量密度和安全性的“固态电池”便应运而生。
固态电池为什么能具备更高的能量密度和安全性?
首先是其固态电解质(主要采用有机或无机陶瓷材料)的结构和密度,可以聚集更多带电离子、传导更大电流,同时采用金属锂等材料做负极,从而有效提升单位体积的电池容量和续航能力。
据分析,一辆全固态电池 汽车 续航里程可达约1,000公里,同时电池性能可长期保持稳定;
第二是固态电解质封存简易,可以显著节省成本,以及减轻电池重量、减小电池体积;
第三是固态电解质化学结构稳定,较之液态电解质,减小了电池在高温下发生化学反应和燃爆的风险,使用寿命稳定。
有机构预测,到2030年,全球固态电池需求预计达500GWh,市场规模在3,000亿元以上。
巨大的市场需求和应用前景,也让固态电池的研发成为国家战略。
目前,中国、美国、日本、德国等世界主要经济体均制定了各自的固态电池发展规划。总体计划是:在2020-2025年期间致力于提升电池能量密度并逐步向固态电池转变;2030年前后研发出商业化运用的全固态电池。
当前,日本丰田、松下、本田,韩国LG,德国宝马、大众,以及国内的宁德时代、比亚迪等动力电池巨头,均已布局固态电池领域。
在时代潮流的强势推动下,固态电池技术也在逐步取得重大突破。美国休斯敦大学研究团队日前发布成果显示:通过溶剂辅助过程改变电池的电极微结构,可将有机基固态锂电池的能量密度翻倍。
在固态电池的材料方面,国内企业也已具备批量生产能力。赣锋锂业日前宣布:公司生产的第二代固态锂电池基于高镍三元正极、含金属锂负极材料,能量密度超350Wh/kg,循环寿命近400次。
固态电池商业化之路:任重道远
市场渴求、政策支持,业界各路大神不惜重金倾力投入,固态电池的研发看起来一切都很美好,但事实并非如此。固态电池在技术上还存在大量需要攻关的难点,距离真正实现商业化还存有较长距离。
目前固态电池量产和商业化的主要瓶颈包括:
一是固态电解质的离子电导率较低,导致充电效率较低;
二是材料体系不完善。固态电池固态电解质可以选择有机或无机陶瓷材料,负极可以选择预锂化、富锂复合和金属锂等材料,但总体尚无较为成熟的材料体系。固态电池的用材,或许也是人类材料科学的一个巅峰;
三是制备工艺技术难度高。作为固态电池电解质的氧化物和硫化物电解质,制备难度较高,以目前的工艺水平难以保证成品的合格率;
四是固态电池的内部结构和性能平衡问题尚待解决。固体电池是一个全新的体系,颠覆了液态锂电池系统,很多架构和系统问题需要重新设计,以目前的技术水平尚不能完全驾驭;
五是产业链配套不完善。作为主体尚处于或刚走出实验室的固态电池,自然无法形成完整的配套产业链;
六是生产效率低下、制造成本居高不下。目前普通液态锂电池成本不过200-300美元/千瓦时,而若以现有技术制造车用全固态电池,成本据说高达数千万美元。
这其中,成本问题应该是制约固态电池大规模商业化的最大瓶颈。
一个值得玩味的细节是:作为全球最大的新能源车企,特斯拉一直对固态电池问题保持缄默,反而仍然着力于传统锂电池的改进。
2020年12月,特斯拉发布4680动力电池,展示其CTP无模组电池方案:取消电池模组设计,将960个4680电芯直接按照40x24的排列置入动力电池结构体中,再结合正负极材料的改进,这套电池系统的能量密度或将达到300Wh/kg。
或许特斯拉在证明:类似固态电池这样过于先进的技术并不一定适合于商业化;而“在商言商”,能够大规模商业化的,必然是技术成熟、成本低廉的路径。
固态电池之外,还有其他技术路径吗?
固态电池无疑是追逐下一代动力电池最火爆的技术路线,但未必是唯一选择。因为我们的最终取向是高效能和低成本的平衡,如果其他技术路线在与固态电池的推进过程中,在这两方面的平衡较之后者更优、发展更快,那鹿死谁手还真不好说。
固态电池之外,还有哪些可以选择的动力电池技术路径?业内较为看好的包括燃料电池、镁电池、铝空气电池、超级电容器等路线。
“燃料电池”的基本原理,是将燃料的化学能直接转换成电能,具有转换效率高、环境污染少等优点。
但燃料电池的发展同样是问题重重。以当下燃料电池领域最火热的“氢燃料电池”为例,就面临制氢储氢和催化剂成本高昂、关键零部件技术瓶颈等问题。
“镁电池”是以镁为负极,某些金属或非金属氧化物为正极的原电池。由于镁的熔点(约650 )远高于锂(约180 ),同时镁的储量也远高于锂,因而镁电池较之锂电池,在安全性和经济性方面具备优势。
但镁电池的障碍在于缺少合适的正极材料与镁负极组合、充放电不稳定等。
“铝空气电池”以高纯度铝为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质,铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应。
铝空气电池的理论比能量可达8,100Wh/kg,同时重量轻、环保无污染,但其比功率较低、充放电速度较慢且容易过热。
“超级电容器”是一种通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的装置,同时具备传统电容器的充放电和电池的储能特性,而且具有充电速度快、循环使用寿命长、绿色环保等优点。
但其缺点同样十分明显,包括电极材料能量密度较低、电解质容易泄漏、耐压性能较差等。
综合而言,以固态电池为代表的下一代动力电池的各条技术路径各有利弊,目前尚有不少技术瓶颈亟待突破,同时在有效性、经济性、安全性的平衡方面,也存在诸多问题,大规模商业化之路均任重道远。
而可以确定的一点是,假以时日,在市场需求的引致和国内外广泛持续研发的推动下,下一代能量密度和充放电效率更高,同时兼顾成本、安全等多方面因素平衡的某种划时代“超级电池”,终将取代目前主流的液态锂电池。
只不过这其中,固态电池应该是目前各方投入最多、最被寄予厚望的技术路径。但最终哪条技术成为“天命之选”,还是要看谁能尽早实现技术的根本性突破,以及更好地实现效率、成本等方面的完美平衡。
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