什么是纳米磁珠

作者 | tom 高级新能源分析师

我国油气资源匮乏，大幅度以来国外进口。为了保证国家能源安全，采取多元化能源发展路线。早期尝试了甲醇等生物质燃料，后又发展天然气、液化石油气燃料。随后又探索了超级电容、锂电池、燃料电池等技术，锂电池已经成功应用到交通领域，成为近年来新能源发展主力军。

锂电池能量密度，续航里程偏低，加之安全性存疑，一直备受业内外争议。而氢燃料电池技术突破，超高能量密度，成为业内外关注焦点。本文将从全新一代锂离子电池技术——固态电池，与氢燃料电池技术发展，分析二者优劣势，预判未来应用前景，供读者参考。

首先从全新一代锂电池技术——固态电池开始，分析目前固态电池技术产业化进程，及其技术优劣势。

1、固态电池产业化只差临门一脚，但续航改善有限

近一年多，台湾辉能开始与各大主机厂进行合作，测试电池包，这在氧化物固态电池领域具有标志意义。在10月22日东京车展上，丰田汽车CTO寺师茂树也表示，2020年东京奥运会示范运营固态电池汽车，2025年左右可以大规模生产固态电池汽车。以这些信息来看，辉能似乎在半固态电池产品和丰田硫化物全固态电池离量产越来越近。

2、辉能半固态锂电池初步具备小批量生产能力

近日，辉能CEO在某论坛上透漏了最新电池技术进展。通过论坛信息，我们可以看到目前辉能所谓固态电池并非全固态电池，而是采用添加少量有机电解液的半固态电池。添加少量有机电解液，可以大幅改善界面接触问题，使得电池性能几乎达到液态电池水平，同时在安全性、高低温性能、散热等方面还具有明显优势。这种半固态电池解决了目前液态锂电池安全问题，但没有解决能量密度问题。由于负极不能采用金属锂，其能量密度将不会有领先优势。

表1 主要锂电池技术路线特征

来源：氢云链

半固态锂电池具有与液态锂电池非常相近结构，其生产可采用低温压合、卷式生产工艺，保证半固态电池生产成本与液态锂电池具有一定可比性。目前陶瓷电解质生产规模较小，成本仍然较高，使得半固态电池原材料成本偏高。另一方面目前半固态电磁生产良率仍然低于液态电池。大规模生产之后，半固态电池成本会大幅下降，但与液态电池相比，可能仍然会处于劣势。总体来看，半固态电池核心优势是安全性，中短期（3-5年）内，成本仍然处于较大劣势地位。

图1 汇能固态电

辉能也意识到半固态电池不能完全解决现在里程焦虑，全固态金属锂电池也在积极开发当中。全固态电池由于不添加有机电解液，其界面接触问题需要通过其他手段来解决，目前仍然没有较好的解决方案。为了提高固态电池能量密度，金属锂负极非常合适的解决途径，但金属锂负极技术及相关界面问题是非常大挑战。虽然辉能朝固态电池迈进了“半步”，但实现真正全固态电池还有更艰难的“半步”要走。

图2 固态电池产业发展趋势 来源：氢云链

3、丰田全固态电池可实现小批量生产能力

早在2014年，丰田就透漏2025年左右要实现固态电池汽车量产。近日，丰田执行副总裁兼首席技术官寺岛茂树(Shigeki Terashi)在东京车展前夕透露，丰田将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池技术的新能源车，该款车预计作为东京奥运会和残奥会上运动员及后期保障人员的出行巴士。

图3 丰田固态电池样车

根据公开技术资料显示，丰田采用了硫化物固态电解质技术路线，正极采用现有三元材料，负极采用石墨。关键生产工艺采用卷到卷方式进行，总体上与辉能生产工艺有一定相同之处。在电极浆料、压合技术上采用了新的配方和方法。丰田固态硫化物电池在工艺上与辉能最大不同，是不需额外注入少量电解液。丰田固态电池可能是真正意义上的固态电池，这使丰田未来实现金属锂负极、高电压正极材料应用，似乎水到渠成。

从丰田所采用材料体系推算，其电池能量密度与辉能半固态电池相当，在能量密度方面不具备优势。由于无法获取生产良品率，无法判断其成本与辉能差异，且目前谈成本仍然为时尚早。在未来技术成熟的预期下，丰田和辉能所生产固态电池，成本可能较为接近。总体来看，目前丰田全固态硫化物电池体系，与辉能半固态电池体系优势基本相当，能量密度问题仍然无法完全解决。

图4 丰田体积能量密度提升路径

4、从理论上看，全固态电池是可以解决液态电池安全、能量密度问题的。

辉能和丰田方案领先一步，提高了安全性，且实现低成本具有可行性（仍然需大规模生产验证）。未来通过高电压、金属锂，可进一步解决能量密度问题。丰田固态电池从目前的材料体系延伸到未来的高电压正极、金属锂负极材料，在工艺及材料体系方面更具有兼容性，因此其实现高能量密度固态电池量产可能会具有一定先发优势。

根据锂电池新材料、新工艺研发周期推算，在各种技术难题顺利解决情况下，2025年之后高能量密度固态锂电池或可实现原型开发及小批量生产。固态电池未来能否取代液态电池，首要决定因素是成本差异，其次才是安全性。笔者认为固态电池有希望把成本做到具有与液态电池相当水平，但“好事多磨”，存在很多不确定因素。

图5 不同种类锂离子电池能量密度

另一方面从氢燃料电池产业化及技术分析，氢燃料电池技术优势及发展困境。自2014年底丰田推出第一代氢燃料电池以来，全球氢燃料电池汽车保有量已经突破万台，预计2020年底保有量突破两万台，市场将由导入期慢慢转入成长期。超长续航能力及环保性成为了氢燃料电池汽车最闪亮标签。全球各地政府也在加大对政策扶持力度，相关企业加大投入纷纷建设加氢站等基础设施，希望推动氢燃料电池汽车产业发展。

新技术、新产业发展早期总会碰到各种各样问题，2019年可以称为氢燃料电池汽车发展早期的质疑阶段（早期动力电池也遭到严重质疑，起火爆炸、成本高......）。2019年以来多起氢气爆炸事件，导致业内外对氢气安全性充满质疑，同时加氢站建设投入高，氢气使用成本高，对氢燃料电池未来经济性也充满了担忧。笔者认为氢燃料电池安全性是技术问题，技术特征和使用成本才是市场定位的基准。下面笔者将从使用成本、产品特性分析，明确锂电和氢燃料电池在未来交通领域定位，供各位参考。

5、成本为王，短途、轻载场景锂电更优优势

采用煤制氢是目前成本最低氢气制造方案，有机构测算氢气生产成本约10元/Kg，即丰田mirai消耗能源成本为10元/百公里，目前煤电发电成本低于0.3元/度，按照特斯拉汽车20度/百公里，消耗能源的成本为6元。这其中只是粗略考虑燃料/能源生产成本，暂未考虑氢气储运与电力输送成本的差异，很明显使用氢气成本必定大幅度高于充电的成本。因此笔者认为在很长一段时间内，氢燃料电池汽车使用成本将大幅高于电动汽车使用成本。锂电池车辆更具有优势，其核心原因是锂电能量转换效率高，使用成本低。

图6 两种电池成本-续航里程对比

6、超长续航，长途、重载场景氢燃料电池优势明显

氢燃料电池由于能量密度高，长续航优势明显，可以运用于大载荷场景，如大型远洋船舶、重型长途车辆，而动力电池是难以胜任这些应用场景的。在燃料电池发展早期，我们已经看到其在大型船舶、火车、重载车辆领域的应用尝试，笔者认为氢燃料电池在这些领域应用更具有优势。而固态电池延续了液态锂电池优点，同时在一定程度上弥补了其续航里程（能量密度）不足问题，但其仍然难以与燃料电池相比。

氢燃料电池和锂电池在很多应用领域是相互补充的，比如在电网储能领域，氢燃料电池容量大，而锂电池响应快，在电网储能中起到作用也不尽相同。锂电功率密度大、氢电能量密度高，电-氢混合技术成为目前氢燃料电池汽车主要采用技术路线。能源领域从来都是受到政府管制的，未来不排除政府通过税收及相关管制措施，调节氢燃料电池使用成本，使得氢气使用成本具有比较优势。笔者认为不能单纯否定某一种技术，二者具有非常好的互补性，协调二者发展才能更好促进新能源产业发展。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

现如今，在新能源浪潮的引领下，各种新能源车型层出不穷。但由于政策对纯电动车的倾斜，使得很多群众潜意识里认为新能源就等于纯电动汽车。然而事实上，新能源车型里除了纯电动汽车，还有48V混动（MHEV）、油电式混动（HEV）、插电式混动（PHEV）、增程式混动（REEV）以及燃料电池车(FCEV)新能源车型，而且这五种形式的混动车型每一种工作方式都不尽相同。但话说回来，这五种混动形式的区别又在那儿呢，别急，下面小编就给大家捋一捋。

48V轻混（MHEV）

在所有的新能源混动系统中，48V混动电池容量最小的，所以它也被称为“轻混”。我们都知道，传统燃油车上都配备有12V蓄电池，其主要作用就是为了启动车辆，给其它电子设备供电。但随着科技的发展，现如今汽车上的用电设备越来越多，特别是在怠速期间，12V电瓶已经很难维持所有设备的供电。所以，为了解决用电问题，48V轻混横空出世。相比于传统12V电压，48V电气系统有更高的输出电压，它能够帮助车辆在熄火状态下延迟改善电机、空调压缩机、冷却水泵等系统的工作时间，让发动机在停车状态最大限度的不参与工作，从而起到节省燃油的作用。

目前，48V轻混已经很常见，加上成本相对低廉，对发动机改动相对较小等原因，越来越多的车型选择搭配48V轻混。而在这一领域中，国内国外众多车企都有着不错的技术积累。其中，去年上市的全新奥迪A8L全系都配备了48V轻混发动机，由此也可以看出48V轻混发动机的普及型。

油电式混动（HEV）

HEV是指同时配有发动机和电动机的车型，故也被成为油电式混动。这种混动车型电池也不是特别大，可以把它理解为介于轻混和重混之间的一种混动车，只不过相比于重混发动机来说，油电式混动最大的区别在于它是通过发动机动能回收和电动机来进行充电的。

我们都知道，车辆在起步时的瞬时油耗非常高，特别是在堵车的情况下，走走停停的路段更容易导致油耗暴增，而油电式混动车型就是用来在堵车时辅助发动机，降低启动时产生的高油耗。在低速跟车行驶中，这种车型发动机就会自动关闭，此时由电动机来完成移动，以此来抵消起步时高油耗。所以，这类车型非常适合在城市中上下班代步。目前，搭配油电式混动车型最多的厂商就是丰田，像普锐斯、雷凌、卡罗拉、凯美瑞等都有油电式混动车型。

插电式混动（PHEV）

除依靠纯电动行驶的车型之外，PHEV混动是所有混动车型里电池容量最大的。和HEV混动不同，PHEV混动车型可以纯电行驶约80公里，所以，它也被称为重混。目前，在这一领域于中的车型也有很多，像我们熟知的比亚迪唐、荣威eRX5都配有重混车型。

这种车型同样也由两套动力所构成，发动机+电动机，二者都可以单独驱动车辆，而且也可以叠加驱动使车辆功率增大。另外，发动机在驱动车轮时可以充当电动机，不驱动车轮时可充当发电机给电池充电。这样一来的话，就不会造成功率浪费，譬如发动机功率为100kW，电动机功率为60kW，所以二者在共同输出下就是160kW。但因为发动机和电动机各自都是一套完整独立的系统，所以也导致了插电式混动车型自身重量比较大，成本较高，结构相对更复杂的问题。不过换来的好处就是它非常省油，综合油耗可能连普通燃油版车型的一半还不到。

增程式插电混动（REEV）

首先，增程式发动机可分为两类，第一种是配备了传统变速箱，在低速且电量充足时，车辆依靠电驱动，而在电池电量较低或高速行驶中，就通过汽油机+变速箱的形式驱动车辆，如别克VELITE 5就是采用了这种方式的设计。而第二种增程式混动取消了传统的变速箱，当电池电量较低时，发动机会介入将电能输送给电动机，然而在维持车辆行驶的同时，再将多余的电能储存在电池中。所以，这类车型和插电式混动车型更接近。

目前，在这一领域中，理想制造ONE是最大的热门。虽然该车暂时还并未量产，但从结构分析上来看，该车正是采用了第二种增程式设计。首先，理想智造ONE与市面上其它增程式车型最大的却别在于，该车拥有一块40度电的电池，纯电续航里程可达180km左右，此外，该车电池还支持快充模式，相比于其它增程式车型理想智造ONE更加便捷迅速。如果你日常通行距离为100km左右，这款车完全可以充当一款纯电动车来行驶，因为该车在电池容量低于40%的情况下汽油机才会启动，所以就日常上上下班代步而言，该车电池续航已足够使用。

当然，增程式车型也并非无缺点，由于该车发动机和发电机并不直接驱动车轮，所以就会造成这部分功率的浪费，所以这种形式只能发挥出1+1=1的效果。简单来说就是，比如一辆增程式混动车携带了总功率200kW发动机和电动机，但是经过驱动机输出的功率只有100kW。此外，车辆在高速行驶时，电动机处于持续快速输出模式，当电池容量低于60%时，这时候汽油机就会启动，而增程式插电混合动力多了一个转换过程，转换本身也要消耗能量，所以会造成高速油耗反而增高。

燃料电池车(FCEV)

还有一种新能源汽车是和其它所有新能源车都不一样，这种车的动力来源为液态氢，排放物只有水，没错，这就是“燃料电池车”。目前，全球能量产燃料电池的厂商只有两家，丰田Mirai和本田Clarity。燃料电池车的工作原理是将氢气和氧气分别置于阳极和阴极两端，然后氢质子穿透质子交换膜（PEM）和氧分子结合，在催化剂的作用下发生氧化还原反应。而被阻隔在膜外的电子需要绕道电极板两端，在此过程中不需要经过热能直接转换成产生电流。而且这种转换还具有转化效率高，无噪音等优点，最终转换完唯一的产物就是——水。

氢能源是日本提出的新能源战略，而且加氢的过程和加油很像，只需要3-5分钟就能加满，单次加满续航可以达到500多公里。虽然该车目前还未正式引入国内，但据此前报道称，丰田Mirai将成为2022年“北京冬奥会”的指定用车，由此也可以推测，日后国内引进丰田Mirai的可能性将非常大。

总结：

未来国家大力发展新能源车已经是大势所趋，因此无论是传统汽车厂商还是造车新势力都瞄准了这一块儿蛋糕。但现阶段，影响新能源车最大发展阻碍的就是电池续航问题，所以这也在一定程度上导致了很多消费者并不愿意接纳新能源车。虽然油电混动和插电式混动续航不成问题，但这两种车型前者享受不到国家补贴，后者由于电池容量小，享受的国家补贴非常低，因此并不具备主要竞争力。而对于纯电动汽车和燃料电池车来说无疑是未来发展的趋势，但目前纯电动汽车受制于续航里程，燃料电池车受限于昂贵的价格，短时间内也是无法取代燃油车的市场地位。现阶段来看，增程式混动车型优势较为明显，非常适合目前这个过渡时期，但目前市场上的量产车型较少，未来市场发展前景如何还无法判断。总的来看，目前市场上的新能源车型大致就分这么几种，未来随着科技发展或许还将有新的新能源车型加入。了解了这些新能源车型的优劣势，希望对您在选购新能源车型时有所帮助。

新能源汽车，之所以说它新能源，是相对于传统汽车以汽油或柴油为动力来源定义的。新能源汽车的动力来源，主要是电能，但是在现阶段新能源技术并不是十分成熟，所以才有了油电混合这么一种过渡性质的车型。

从长远的角度来看，新能源车取代传统能源车是一定的。煤炭、天然气、石油等这些化石燃料的数量是有限的，随着时间的推移，化石燃料肯定会有枯竭的一天，这个时候就需要寻找替代能源了。新能源汽车就是在这一大前提下，新的尝试。并且新能源车在环保方面也有着比较不错的表现，在如今环保浪潮下，是十分受用的。

从目前来看，新能源车也有着比较重要的意义。我国的自主品牌汽车起步较晚，基础比较薄弱，整体发展进度落后于有百年历史的国外品牌。在自主品牌追赶国外品牌的过程中，由于技术封锁等一些情况，技术实力的差距会持续存在。为了弥补这个不利的局面，积极开展新能源汽车发展，就成为了一个时髦又实用的办法。

汽油车方面我们落后其他品牌，在起点上就处于了落后位置。而新能源车，是最近才诞生的概念，是另一条发展方向，与传统汽车的技术是不尽相同的。新局面下，自主品牌与国外品牌整体被拉到同一条起跑线上，这对于我国的汽车产业来看，是很有利的。

现阶段新能源汽车的主要技术瓶颈是电池。由于目前电池技术所限，自主品牌新能源车的表现还没有办法做到让人们十分满意。但是在2018年新能源车补贴政策影响下，自主品牌厂商势必会加大电池技术的研发，将新能源车持续发展。

虽然现阶段还没有特别完美的新能源车型，但是随着政策的指导以及新能源牌照的鼓励，新能源车型越来越多，将来一定会有比较优质的新能源车出现，将新能源车市场逐渐扩大。让我们拭目以待。

风力机空气动力学、传热学、材料力学、机械设计基础、固体物理与半导体物理、电机学、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理、风力发电原理、光伏发电原理与应用、太阳能热利用原理与应用、氢能与燃料电池、风资源测量与评估、风电场电气工程、风电机组控制与优化运行、风电机组设计与制造、风电场建模与仿真、动力机械强度学、工程材料、风电机组计算机辅助设计、风力机组状态监测与故障诊断、继电保护原理、电力电子技术、Matlab应用等。[2]

培养目标

新能源科学与工程专业面向新能源产业，立足于国家十二五发展规划，根据能源领域的发展趋势和国民经济发展需要，培养在风能、太阳能、地热、生物质能等新能源领域从事相关工程技术领域的开发研究、工程设计、优化运行及生产管理工作的跨学科复合型高级工程技术人才，和具有较强工程实践和创新能力的专门人才，培养具备能源工程、传热学、流体力学、动力机械、动力工程等基础知识，掌握新能源转换与利用原理、新能源装置及系统运行技术、风能、太阳能、生物质能等方面的新能源科学领域专业知识，能在国家新能源科学与工程领域开展教学、科研、技术开发、工程应用、经营管理等方面的高级应用型人才。[3]

发展前景

新能源科学专业属于国家“十二五”期间重点发展的领域，具有很好的就业前景。我校在该领域具备良好的研究基础。特别是在风力发电、光伏电池、绿色电源、电动车控制、变频技术、智能电网、脱硫技术等领域，承担多项国家自然科学基金、国家863课题和北京市重大专项，开发了系列化的新能源装置和节能设备。先后在校内建设了100千瓦光伏发电与风力发电并网实验系统；研发出了高性能千瓦级灯光镇流器和实验平台，并与2008年用在北京奥运会主火炬的照明设备上；研发了系列工业和民用浅层地热能源利用技术。

1、隆基股份（601012）：新能源龙头。产业覆盖隆基单晶硅、隆基乐叶光伏、隆基新能源、隆基清洁能源光伏全产业链。

2、天齐锂业（002466）：新能源龙头。天齐锂业股份有限公司是中国和全球领先、以锂为核心的新能源材料企业，为深圳证券交易所上市公司，业务包括锂化合物及衍生物生产与锂精矿开采及生产。

3、比亚迪（002594）：新能源龙头。比亚迪股份有限公司成立于1995年，分别在香港联合交易所及深圳证券交易所上市，主要从事以二次充电电池业务，手机、电脑零部件及组装业务为主的IT产业，以及包含传统燃油汽车及新能源汽车在内的汽车产业，并利用自身技术优势积极发展包括太阳能电站、储能电站、LED及电动叉车在内的其他新能源产品。

新能源概念股其他的还有： 开尔新材、陕鼓动力、京泉华、大洋电机、长安汽车、英维克、永清环保、融捷股份等。

相关数据仅供参考， 不对您构成任何投资建议。用户应基于自己的独立判断，自行决定证券投资并承担相应风险。股市有风险，投资需谨慎。这里要指出的是，现在以新能源产品为主业的上市公司还不多，多数公司是参与了部分新能源的投资，所以这里在讨论新能源概念股票时提到了它们。还有，投资新能源股票，着眼点是它的成长性，因此要做到长期投资与波段操作相结合。

特别的，新能源汽车概念是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车，包括燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车、氢能源动力汽车、其他新能源汽车等，其废气排放量比较低。尽管新能源汽车发展因售价高和充电难而受到限制，但其市场前景却不容忽视。A股市场上，新能源汽车概念股龙头股主要有：圣阳股份、佳电股份、万丰奥威、正海磁材、万向钱潮、欣旺达等。