氫燃料電池與三元鋰電池誰更安全？

今年可以說是電動車安全元年。以前買電動車的廠家和用戶都只關心性能和續航里程，沒人關心電池安全。直到特斯拉曝出自燃事件，大家才開始更加關注電動車的安全性。這也使得很多三元鋰電池的性能缺陷，過去不為人知，被廠商回避，逐漸浮出水面，使得人們逐漸意識到磷酸亞鐵鋰的好處。如果拿三元鋰和磷酸亞鐵鋰對比，相信很快就會有很多人知道磷酸亞鐵鋰的安全性能比三元鋰電池好。但如果三元鋰和氫燃料電池相比，誰更安全？以前人們總是談論氫的變色，認為氫是比汽油危險得多的儲能方式。真的是這樣嗎？氫燃料電池的工作原理是什么？它的安全性是如何設計的？鋰三元誰更安全？本期我們將講解氫燃料電池動力系統的核心技術:儲氫罐+燃料電池反應器就像電動車中的電池組一樣，儲氫罐是儲存氫的裝置，燃料電池反應器是將氫和氧轉化為電和水的裝置。兩者共同構成了相當于電動車的電池組，可以持續為電機和整車的電器設備提供動力。氫燃料電池的好處顯而易見，電力轉換效率極高，而且過程非常安靜，不需要大量散熱。這就是為什么豐田Mirai未來組合只用5公斤氫氣就能行駛700公里以上。能量密度大、能量轉換效率高是氫燃料電池的最大特點。燃料電池反應器的核心技術是質子交換膜和催化劑。目前這些技術主要被歐美大公司壟斷，在國內還沒有大規模產業化。所以很容易理解反應堆被列為核心技術，那么為什么儲氣罐也是核心技術呢？

▲碳纖維+復合材料的氫氣儲罐■密封性和耐久性就像一個大國的裝備制造水平一樣決定著儲氣罐的性能。在工業和民用領域，密封材料的性能也是衡量一個大國制造水平的重要依據。歐美很多國家對高性能密封材料的配方和制造工藝絕對保密。這也是為什么在傳統汽車領域，性能頂級的制動系統，汽柴油直噴發動機的燃油共軌系統，都是來自歐美供應商，因為他們的核心技術是密封技術。

▲氫燃料電池儲氣罐的結構對于氫燃料電池汽車也是如此。想要提高續航里程，就需要帶氫氣，而能儲存氫氣的壓力容器的耐壓能力是你能攜帶多少氫氣的關鍵。由于氫氣的密度很小，必須在低溫下壓縮甚至液化，才能儲存在壓力容器中，以獲得足夠的能量密度。容器能承受的壓力越大，單位體積內攜帶的氫氣就越多。容器能承受的壓力越大，對密封性能和抗壓性能的要求就越高。豐田Mirai未來組合在儲氫方面的表現是世界領先的，該車型已經量產。即便如此，攜帶5kg的氫氣仍然需要兩個大的儲氣罐，占據了車后很大的空間，使得整車在外形上與傳統電動車有所不同，車尾高度也比較高。

▲如此巨大的儲氫罐，占用空間很大，只能儲存5kg氫氣■儲氫罐有哪些安全設計？三元鋰電池誰更安全？在燃料電池汽車的整個運行過程中，燃料電池反應器是進行化學反應的場所。它只需要連續供應少量氫氣就可以連續工作。萬一……氫氣泄漏或發生安全事故時，它能迅速切斷氫氣供應路徑，防止氫氣燃燒。大家可以認為儲氣罐是最容易影響燃料電池汽車安全性的。因此，在設計儲氣罐時必須充分考慮安全碰撞問題:一方面儲氣罐的殼體材料需要足夠輕，另一方面需要有足夠的強度來承受沖擊。所以儲氫罐一般都是由價格昂貴的碳纖維等復合材料制成。但是，我們知道，無論材料有多堅固，碰撞安全性也只有在一定的速度下才能得到保證。但是實際道路行駛的速度肯定比實驗室里安全碰撞的速度高很多。那么儲氫罐一旦破裂，氫氣泄漏和空氣混在一起會不會馬上爆炸？事實上，在儲氫的設計中已經考慮到了這一點。由于儲氫罐中氫氣的壓力很高，所以在儲氣罐上設計了一個緊急泄壓閥。當發生氫氣泄漏或火災時，緊急泄壓閥將自動打開并迅速釋放儲氣罐中的氫氣。我們知道，氫氣的密度比空氣小得多，必須與氧氣結合才能產生燃燒或爆炸。高壓釋放的氫氣在儲氣罐附近因為壓力大所以速度很快，沒有機會接觸氧氣，而遠離儲氣罐的氫氣因為密度小會在空氣中迅速上升。即使此時空中有明火滿足點火條件，也只是在空中形成火球，不會造成人員傷亡。這種高速釋放氫氣的技術也應用在加氫站的大型儲氣罐上。

▲相比三元鋰電池，氫燃料電池汽車的核心技術應該是在儲氫過程中更安全，因為危險的氫氣可以通過隔絕氧氣或者快速釋放，迅速逃離人群。從某種意義上說，它甚至比液體汽油更安全。三元鋰電池會隨著時間老化，可能會造成內部短路，或者因外力沖擊造成內部短路自燃。最可怕的是，無論是由內而外的自燃，還是由外而內的燃燒，過程中都會釋放出大量的氧氣，這意味著即使隔絕空氣，電池也會越燒越旺。■氫能和三元鋰電池的發展前景在國內，三元鋰電池最大的優勢就是近幾年在國家政策的鼓勵下產能得到了很大的發展。可以說，中國公司掌握了核心技術，成為全球最大的鋰電池生產商，成本大大降低，完全形成了規模產業。而氫燃料電池技術，無論是反應器催化劑的工藝配方，還是儲氣罐的核心技術，在國內都沒有形成大規模的產業，因此成本極高。但是，中國有非常好的發展氫能的工業條件。國內石化行業每年生產氫氣的副產品足夠車用，而且獲取氫氣的成本相對較低，不需要依靠電解水獲取氫氣，這為燃料電池汽車的大規模發展奠定了良好的基礎。今年可以說是電動車安全元年。以前買電動車的廠家和用戶都只關心性能和續航里程，沒人關心電池安全。直到特斯拉曝出自燃事件，大家才開始更加關注電動車的安全性。這也使得很多三元鋰電池的性能缺陷，過去不為人知，被廠商回避，逐漸浮出水面，使得人們逐漸意識到磷酸亞鐵鋰的好處。如果拿三元鋰和磷酸亞鐵鋰對比，相信很快就會有很多人知道磷酸亞鐵鋰的安全性能比三元鋰電池好。但如果三元鋰和氫燃料電池相比，誰更安全？過去，人們總是談論氫的顏色變化，認為…氫氣是一種比汽油危險得多的儲能方式。真的是這樣嗎？氫燃料電池的工作原理是什么？它的安全性是如何設計的？鋰三元誰更安全？本期我們將講解氫燃料電池動力系統的核心技術:儲氫罐+燃料電池反應器就像電動車中的電池組一樣，儲氫罐是儲存氫的裝置，燃料電池反應器是將氫和氧轉化為電和水的裝置。兩者共同構成了相當于電動車的電池組，可以持續為電機和整車的電器設備提供動力。氫燃料電池的好處顯而易見，電力轉換效率極高，而且過程非常安靜，不需要大量散熱。這就是為什么豐田Mirai未來組合只用5公斤氫氣就能行駛700公里以上。能量密度大、能量轉換效率高是氫燃料電池的最大特點。燃料電池反應器的核心技術是質子交換膜和催化劑。目前這些技術主要被歐美大公司壟斷，在國內還沒有大規模產業化。所以很容易理解反應堆被列為核心技術，那么為什么儲氣罐也是核心技術呢？

▲碳纖維+復合材料的氫氣儲罐■密封性和耐久性就像一個大國的裝備制造水平一樣決定著儲氣罐的性能。在工業和民用領域，密封材料的性能也是衡量一個大國制造水平的重要依據。歐美很多國家對高性能密封材料的配方和制造工藝絕對保密。這也是為什么在傳統汽車領域，性能頂級的制動系統，汽柴油直噴發動機的燃油共軌系統，都是來自歐美供應商，因為他們的核心技術是密封技術。

▲氫燃料電池儲氣罐的結構對于氫燃料電池汽車也是如此。想要提高續航里程，就需要帶氫氣，而能儲存氫氣的壓力容器的耐壓能力是你能攜帶多少氫氣的關鍵。由于氫氣的密度很小，必須在低溫下壓縮甚至液化，才能儲存在壓力容器中，以獲得足夠的能量密度。容器能承受的壓力越大，單位體積內攜帶的氫氣就越多。容器能承受的壓力越大，對密封性能和抗壓性能的要求就越高。豐田Mirai未來組合在儲氫方面的表現是世界領先的，該車型已經量產。即便如此，攜帶5kg的氫氣仍然需要兩個大的儲氣罐，占據了車后很大的空間，使得整車在外形上與傳統電動車有所不同，車尾高度也比較高。

▲如此巨大的儲氫罐，占用空間很大，只能儲存5kg氫氣■儲氫罐有哪些安全設計？三元鋰電池誰更安全？在燃料電池汽車的整個運行過程中，燃料電池反應器是進行化學反應的場所。它只需要連續供應少量氫氣就可以連續工作。在發生氫氣泄漏或安全事故時，能迅速切斷氫氣供應路徑，防止氫氣燃燒。大家可以認為儲氣罐是最容易影響燃料電池汽車安全性的。因此，在設計儲氣罐時必須充分考慮安全碰撞問題:一方面儲氣罐的殼體材料需要足夠輕，另一方面需要有足夠的強度來承受沖擊。所以儲氫罐一般都是由價格昂貴的碳纖維等復合材料制成。但是，我們知道，無論材料有多堅固，碰撞安全性也只有在一定的速度下才能得到保證。但是實際道路行駛的速度肯定比實驗室里安全碰撞的速度高很多。那么儲氫罐一旦破裂，氫氣泄漏，空氣mi，會不會馬上爆炸……一起d？事實上，在儲氫的設計中已經考慮到了這一點。由于儲氫罐中氫氣的壓力很高，所以在儲氣罐上設計了一個緊急泄壓閥。當發生氫氣泄漏或火災時，緊急泄壓閥將自動打開并迅速釋放儲氣罐中的氫氣。我們知道，氫氣的密度比空氣小得多，必須與氧氣結合才能產生燃燒或爆炸。高壓釋放的氫氣在儲氣罐附近因為壓力大所以速度很快，沒有機會接觸氧氣，而遠離儲氣罐的氫氣因為密度小會在空氣中迅速上升。即使此時空中有明火滿足點火條件，也只是在空中形成火球，不會造成人員傷亡。這種高速釋放氫氣的技術也應用在加氫站的大型儲氣罐上。

▲相比三元鋰電池，氫燃料電池汽車的核心技術應該是在儲氫過程中更安全，因為危險的氫氣可以通過隔絕氧氣或者快速釋放，迅速逃離人群。從某種意義上說，它甚至比液體汽油更安全。三元鋰電池會隨著時間老化，可能會造成內部短路，或者因外力沖擊造成內部短路自燃。最可怕的是，無論是由內而外的自燃，還是由外而內的燃燒，過程中都會釋放出大量的氧氣，這意味著即使隔絕空氣，電池也會越燒越旺。■氫能和三元鋰電池的發展前景在國內，三元鋰電池最大的優勢就是近幾年在國家政策的鼓勵下產能得到了很大的發展。可以說，中國公司掌握了核心技術，成為全球最大的鋰電池生產商，成本大大降低，完全形成了規模產業。而氫燃料電池技術，無論是反應器催化劑的工藝配方，還是儲氣罐的核心技術，在國內都沒有形成大規模的產業，因此成本極高。但是，中國有非常好的發展氫能的工業條件。國內石化行業每年生產氫氣的副產品足夠車用，而且獲取氫氣的成本相對較低，不需要依靠電解水獲取氫氣，這為燃料電池汽車的大規模發展奠定了良好的基礎。

標簽：豐田特斯拉

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