新能源汽车发展与未来

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来源：《科学导报·学术》2017年第09期

        【中图分类号】F407.471

        【文献标识码】B

        【文章编号】2236-1879（2017）09-0179-02

        1汽车产业变革已经展开

        在印发的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中将新能源汽车列入七大战略新兴产业之一；《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》中为新能源汽车产业发展指明了方向；《中国制造2025》的总体布局也明确了未来汽车产业将以节能汽车、新能源汽车、智能网联汽车作为三大方向实现可持续发展。这一系列、方案的制定与实施，极大促进了新能源汽车产业的发展，也一定程度标志着新能源汽车时代的来临。

        伴随着化石能源的濒临枯竭，环境污染的日益严峻以及内燃机效率提升的空间有限，发展新能源汽车已经是刻不容缓，大势所趋。从全球来看，交通部门消耗的石油占总消耗量的61%，占终端能源消费总量的28%，是能源消费的主要部门之一。联合国环保组织的调查显示，目前城市中的空气污染50%来自燃油汽车的废气排放，据测定，汽油、柴油动力汽车排放的废气中含有害物质达160多种，1辆轿车1年排出的有害废气比自身质量大3倍。所以汽车产业亟需一次新能源汽车引领的绿色变革，而这其中，锂电池车和燃料电池车便是最具前景的发展方向。

        锂电池能量密度和工作电压是MH/Ni 电池的2～3 倍、自放电率低（2 000 次）、环境友好且无记忆效应。燃料电池种类繁多，包括PEMFC、SOFC、MCFC、PAFC、AFC，其中质子交换膜燃料电池操作温度低、启动速度快，是车用燃料电池的首选。

        2锂电池车与燃料电池车产业化面临的挑战及所需关键技术

        相比已经发展百余年，成熟的内燃机车产业，新能源汽车的产业化面临着巨大挑战。

        燃料电池车：

        （1）电池成本过高，若无支持，无价格竞争优势，难以立足。

        对此，技术层面努力减小单位面积的催化剂用量，降低成本 ，或者开发非铂催化剂；

        在产业合作方面通过规模化生产 、技术共享等进一步降低生产成本。

        （2）汽车运行工况复杂，功率波动大，严重影响了燃料电池的使用寿命

        衰减机理分析显示操作过程中燃料电池材料的衰减是影响寿命的重要原因， 如质子交换膜的降解、催化剂聚集流失、炭载体腐蚀等。因此应变革现有材料，优化控制策略，规避如动态循环工况、启动/停车过程、连续低载或怠速等不利运行条件的影响。

        （3）加氢站等基础设施建设成本巨大，建设一座中规模的燃料电池车加氢站的成本约为2700万人民币，因此需要资本力量的积极参与，促进产业发展。

        锂电池车：

        （1）充电时间过长，电池寿命过短。

        目前插电式电动汽车的充电方式有两种，一种是慢充，需要6～8 h；另一种是快充，约需要20～30 min，能将电池储电量充到80%左右，需要开发更加快速的充电技术。目前电动汽车电池的寿命一般都在3～5年就需更换，且费用不菲。

        （2）成本较高，无价格优势。

        其实中国新能源汽车的快递发展是建立在的大量补贴基础上，从2013年九月实行对新能源小型车最高6万元，客车最高50万元的补贴

        （3）充电桩等基础设施建设落后。

        据国家能源局统计，截至2015年底，中国累计建成公共充换电站3600座，充电桩4.9万个，较2014年同比增长63%，但充电设施数量相对新能源汽车的数量仍然偏少，桩车比约为24.7%，而瑞典桩车比已达到44.3%，日本达到了38.3%。

        （4）安全隐患问题。

        一方面是充放电保护电路失效，电池管理系统问题；另一方面是材料根本上的问题。锂离子电池采用的有机电解质，碳酸酯闪点、沸点较低。易发生氧化还原，产生大量气体和热，从而引起爆炸。发生碰撞、挤压、跌落等极端情况，以及过充后，残留在正极的锂离子涌向负极形成枝晶，刺穿隔膜，导致电池内部短路，也会引起危险状况出现。锂电池的安全性问题可以通过电极材料、隔膜及电解液的优化来解决。

        3思考解决方案，展望未来能源体系

        3.1解决燃料电池所需氢能的可持续、低成本。利用弃风弃电来产氢。近年来，太阳能、风能发电装机量在我国飞速增加，但发电量与用电需求的矛盾以及智能电网的不完善导致大量的弃风弃电，造成资源的严重浪费。以此可以将这部分能源利用进行电解水制氢，转换为化学能进行储存。

        太阳能光分解制氢，利用住户楼层采光部分光解水制氢，让家成为一座加氢站。

        3.2燃料电池-锂电池混合动力车。燃料电池提供巡航功率，锂电池提供峰值功率。低速行驶时燃料电池为锂电池（超级电容器）和电动机供电，高速行驶时锂电池与燃料电池共同为电动机供电。燃料电池和锂电池优势互补，成为未来汽车的主要动力来源。

        3.3以化学能和电能为核心的未来能源体系。

        能量的存贮与利用是能源利用的前提与根本，分子键中蕴藏的化学能与机械能，光能，热能等不同，不存在衰减，是存贮能量的首选。同等质量下氢气的能量密度很高，且来源广，无污染，是最佳化学能载体。借助氢能还可以有效利用当下电网无法充分吸收的风电和光电。电能是品质最高的能量，可以一步转化为各种能量。