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新能源汽車的理想動力方式


2021年9月05日 - 汽車小編 / 能量書簽 
 

能量書簽

提起新能源汽車,人們想到的主要是純電動汽車(EV)和油電混合動力汽車(PHEV)兩大類,純電動汽車的充電電池主要有三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池二大主流。動力電池性能指標主要有儲能密度、循環壽命、充電速度、抗高低溫和安全性五個維度,兩類動力電池比較如下。

三元鋰電池是以鈷、鎳、錳等金屬材料做正極,能量密度能達到300Wh/kg,循環壽命能達到2000次,充電速度快,電壓穩定,低溫性能高,安全性較好,熱穩定性差,碰撞後容易起火爆炸。

磷酸鐵鋰為正極的電池,以比亞迪的刀片電池為例,其能量密度最高為150Wh/kg,循環壽命能達到3000次,電壓穩定,低溫性稍差,安全性非常好,熱穩定性高,碰撞後不容易燃燒。

兩類電池各有優勢,也各有不足,目前來看都不是理想的動力電池。據說下一代固態電池能保持兩類電池的優點同時克服兩者的不足,目前正在研發中,據說2022年能投入使用,屆時電動汽車的最大里程可以達到1000km,但也會有成本高,重量增大的缺點。

動力電池容量越大,充電量也越大,要想滿足用戶快速充電的要求,充電電流也要很大,到時我國的電網能否承受得住,電網的總發電量能否滿足大批量的電動車充電也是短期內很難解決的,除非核聚變發電成功了。

無論液態還是固態電池,他們都大量使用稀土金屬和金屬鋰,中國的鈷和鎳的儲藏量很少,鋰也比較緊缺,鋰礦主要分布在智利、澳大利亞和剛果金,總儲藏量按目前的發展速度看也僅夠人類使用幾十年,還容易被卡脖子。因此科學家們又研發出納離子電池、鎂離子電池,地球上鈉與鎂的儲量很高,並且鈉離子電池不需要稀有金屬,故成本可大幅降低,但能量密度一般,僅與磷酸鐵鋰電池差不多,但總體來看具有可持續發展的優勢。

動力電池

混合動力汽車主要有插電混動和增程式電動汽車為主,前者的優秀代表是比亞迪DM系列,後者的翹楚是理想one,差別僅在按發動機、電機兩個動力源的耦合方式不同。兩者都使用汽油燃料做動力,在環保主義者眼中他們不完全符合綠色能源車的標准,但混合電力由於動力強勁、成本低、解決了里程焦慮問題而受到廣大車友的喜愛,是5-10年內最理想的新能源車動力形式。

新能源車有沒有更好的動力方式呢?既節能環保還滿足用戶需求。

我們國家的新能源是指在新技術基礎上加以開發利用的可再生能源,包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能,它們都是綠電的來源;此外,還有氫能、沼氣、甲醇、乙醇等。

氫氣的制備方式較多,但氫在存儲、運輸、加氣過程中成本較高,風險也大,目前來看不適合民用,比較適合商用車,日本二十多年的氫能汽車經驗已經給出了不少教訓。

但是太陽能和風能發的電由於不穩定,電無法存儲,經常被棄電,因此太陽能風能發電被稱為垃圾電。近期國家在推廣新儲能技術,但杯水車薪,儲能成本不低。並且太陽能風能發電基地大部分在我國的中西部,而用電量大的用戶主要在東部,雖然我國有特高壓輸電技術,但輸電投入成本也是巨大的,並且輸電線路在特殊自然災害和戰爭期間,安全性是脆弱的。

今年2021年3月15日習近平總書記在中央財經委員會第九次會議中提出我國力爭已經提出了2030年實現碳達峰,2060年實現碳中和的國家戰略,構建以新能源為主體的新型電力系統,並強調這是党中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策,事關中華民族永續發展和人類命運共同體構建。乘用車動力減少或不使用石油,大量采用綠色低碳能源是全世界各國的大趨勢。歐盟大部分國家提出在2050年實現碳中和。

風能太陽能

今年3月份,中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室二維材料與能源小分子轉化創新特區研究組研究員鄧德會團隊,與廈門大學教授王野團隊合作,在二氧化碳(CO2)催化加氫制甲醇研究中取得重要進展,首次利用富含硫空位的少層二硫化鉬(MoS2)催化劑,實現了低溫、高效、長壽命催化CO2加氫制甲醇。這意味著我們可以通過太陽能風能發的電,做電解水制氫,用氫和二氧化碳地成本制備成甲醇,這樣就解決棄電的難題。甲醇常溫下是一種無色透明易燃液體,便於存儲和運輸。

並且甲醇還可以進一步合成汽油,即甲醇制烴基燃料MTHF技術,該技術我國具有自主知識產權,經台架試驗和超百萬公裏路試顯示,甲醇制烴基燃料動力性強,百公裏耗油較石化汽油省1L,產品不含硫,為車用高清潔燃料,排放可達到歐V標准,對降低PM2.5具有重要作用。

於是未來新能源汽車的新動力藍圖就勾畫出來了:未來的乘用車仍然采用混合動力模式為主,市內短途用車完全用電,但供電主要來自太陽能、風能、核能、水電,燃煤等石化燃料發電逐步降低比例。長途用車使用甲醇或甲醇合成汽油燃料,這種燃料發動機雖然也有碳排放,但由於燃料在制備時消耗了CO2,燃燒產生的二氧化碳與消耗的CO2等量,實現了碳中和,並且還降低了PM2.5,節能環保,動力強勁,能夠滿足家庭用車的需要。由於甲醇和甲醇合成汽油的加注與普通汽油一致,原有的加油站得以保留繼續給車主提供服務,但改為加注甲醇和甲醇合成汽油,石油燃料逐步退出車用燃料的歷史舞台。

未來讓中東的石油大戶們發抖去吧!哈哈!!

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