馬斯克強懟的氫燃料電池，能和鋰電池一決高下嗎？

電車資源訊：

新能源是個熱詞,近五年更是一路飆升,成為產(chǎn)業(yè)新貴。

在這個領(lǐng)域,電動車(鋰電池)是當之無愧的主角,加上馬斯克等人的站臺,風頭十足,但事故頻發(fā)也常常讓人捏一把冷汗。與此同時,越來越冒頭的氫燃料則前途未定。

從1834年托馬斯·達文波特發(fā)明直流電機驅(qū)動式電動車開始,經(jīng)歷了第二次工業(yè)革命的推動,燃油發(fā)動機逐漸上位成為主流,而能源危機再次出現(xiàn)后各國開始注重電動車(鋰電池)。

最終,是鋰電池還是氫燃料能扛下這面大旗,助攻新能源成為大風口,一切還有待驗證。

新能源汽車再現(xiàn)輝煌:純電動一路狂飆,氫能源暗自磨刀

一.

2003年,特斯拉成立,拉開了這一次的新能源熱潮序幕。

就像彼時的保時捷,特斯拉成為這一波熱潮非常關(guān)鍵的驅(qū)動力,而如費迪南德·波爾舍對所處時代的意義,此時,馬斯克無疑擔當了這一場革命的主力。

像是刻意呼應(yīng)歷史,馬斯克為特斯拉制定的產(chǎn)品推廣路線就是從高端到普通通勤車。2012年,特斯拉的首款鋰電純電動轎車Model S進入市場,一上來就直接對標寶馬五系。這一次,精致的外觀、流暢的體驗、合理的價格和單次充電高達500公里的里程數(shù),讓其一開始就獲得了大眾的好評。

歷史再次上演,一承此前的發(fā)展脈絡(luò),電動車一登場依然是以“高品質(zhì)”開始,收獲眾星捧月般的待遇,包括各國政府的重視。這一次,開場的相似之下卻暗含顯著的不同:此時的電動車成本極大程度的降低,里程數(shù)問題因智能化系統(tǒng)的融入得以優(yōu)化,百里提速性能也直逼燃油汽車。加上鋰電池技術(shù)的商用已經(jīng)十分成熟,這讓電動車的后顧之憂少了許多。

確實,因技術(shù)的成熟和政策的利好,電動汽車很快滲入市場,切實引爆了新能源產(chǎn)業(yè)。事實上,特斯拉Model S在投入量產(chǎn)后,很快就獲得了可觀的銷量。特斯拉最近公布的財報也顯示,單個季度,Model S的銷量維持在一萬五。

在特斯拉的帶動下,比亞迪、蔚來、拜騰、小鵬、吉利等新興車廠紛紛站隊鋰電池電動汽車,正面對標老牌燃油汽車產(chǎn)業(yè)。資本大量流入,特斯拉、蔚來陸續(xù)上市等一系列利好消息不斷傳出,純電動汽車產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇后的姿態(tài)可謂是一路狂飆。

二.

雖然有各國政府保駕護航,但這場仗也并不好打。

投入量產(chǎn)后,產(chǎn)能不足問題首先被暴露出。在汽車的發(fā)展史上,出廠時星光熠熠但最終因無法量產(chǎn)被眾人遺忘的車型數(shù)不勝數(shù),因而它亦不會對歷史的發(fā)展軌跡造成任何影響。

現(xiàn)在,包括特斯拉在內(nèi),新興電動車廠商都面臨著這樣一股強大的阻力。

禍不單行,隨著越來越多的車輛投入使用,特斯拉汽車開始陸續(xù)出現(xiàn)一系列撞車后自燃事故,鋰電池固有的安全隱患被曝出,這也讓眾多潛在購買者開始猶豫,甚至敬而遠之。

其實這并非個例,在其他品牌和車型紛紛投入量產(chǎn)的這一年,電動車起火話題已經(jīng)成為新聞報道中的“座上客”。數(shù)據(jù)顯示,就在剛剛過去的半個月,電動車起火出現(xiàn)12起,皆歸因于鋰電池。

多事之秋,我國政府也陸續(xù)發(fā)布文件,明確表示將降低對電動汽車的補貼,同時繼續(xù)維持對氫燃料電池的額度。

隨著政策變化和電動車的不利消息頻頻曝出,不被人熟悉的氫燃料電池進入了我們的視野中。最為顯著的變化發(fā)生了,日前繼德國推出氫燃料電動列車后,上海宣布正式投入使用了首條氫燃料電池公交線路。

其實,導(dǎo)向性政策的頒布則更早。2017年,上海出臺全國首個地方性的燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃,隨后武漢、北京、張家口、如皋、西安、鄭州等城市陸續(xù)加入到了氫能燃料電池行業(yè)。為此,廣州甚至一次性投入8億,計劃打造“中國氫谷”,專注于氫燃料電池的研發(fā)和商用。

現(xiàn)在,隨著政府主導(dǎo)的落地商用項目出現(xiàn),這一新能源汽車品類也愈發(fā)受資本的關(guān)注。

但其實很早,在日本政府的推動下,以豐田為首的一系列日系老牌汽車公司就在氫燃料電動汽車上暗暗發(fā)力了。

氫燃料PK鋰電池,一場新興車企與老牌車廠的拉力賽

發(fā)展至今,市場上僅存的兩種電動車品類形勢十分明顯,除了部分德、美系車企處于觀望狀態(tài),以豐田為首的眾多德日系老牌車廠投入氫燃料電池,而以特斯拉為首的新興車企則大面積站隊鋰電池。

從技術(shù)層面上看,鋰電池和氫燃料電池勢均力敵,各有優(yōu)劣。

公開資料顯示,鋰電池造價成本低,商用化則更加成熟,這讓它自然成為電動車廠的首選。然而它的能量密度低、易燃、反應(yīng)產(chǎn)物有毒、充電慢等特征也是潛在的“隱患”,尤其在量產(chǎn)之后,各類問題也被自然放大。

而氫燃料電池可以直接加氫,補給時間短,續(xù)航能力也能夠輕松達到500km以上,且排出物僅是水,完全無污染。這一優(yōu)勢輕松力壓鋰電池,也更符合環(huán)保的理念,但氫燃料使用過程中不可或缺的反應(yīng)催化劑——鉑稀有貴金屬成本極高,且氫燃料充電站造價為特斯拉超級充電站的五、六倍,其高昂的成本成為氫燃料成為商用之路的攔路虎,事實上,也沒有人愿意為環(huán)保買下這筆天價單。

相較于鋰電池,氫燃料電池技術(shù)確實過于新穎,馬斯克也一度強懟氫燃料電池。但豐田堅持認為新能源最終的贏家一定是燃料電池,因為新能源產(chǎn)業(yè)的正確發(fā)展歷程應(yīng)當是:混動-插電式混動-電動-燃料電池。

混動技術(shù)是氫燃料電池得以發(fā)展的基礎(chǔ),在混動技術(shù)上,豐田等日系車企確實已經(jīng)打下了堅實的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)顯示,豐田混動車銷量已經(jīng)突破1000萬輛,即便在普及度不高的中國市場,豐田的雙擎車型銷量也占其在華總銷量的10%;而在歐美市場,賣得好的雷克薩斯大多也都是混動車。

有成熟的混動技術(shù)作為基石,豐田等日系車廠的氫燃料研究看來也并非空穴來風。根據(jù)日本國內(nèi)的戰(zhàn)略目標,氫燃料電池電動車的續(xù)航里程將延長至目前的1.5倍,達到1000公里,到2040年氫燃料的保有量將有目前的2000輛增加到300萬至600萬輛,同時車載電池的單位輸出功率將增至當下的3倍。

現(xiàn)在,在日本資源緊缺的國情推動下,日系廠商轉(zhuǎn)而直接去研究氫燃料電池也是合情合理。從汽車設(shè)計的理念來看,未來動力更強,車身更為輕便的氫燃料電動汽車確實有著更大的吸引力。

其實縱觀電動車的發(fā)展史,人類在電動車各類發(fā)展方向上的探索上算得上是無所不用其極,但紛紛以失敗告終,即便是上世紀八十年代的能源危機之下,汽油價格堪比“天價”之際,也極少有用戶愿意為不成熟的“環(huán)保技術(shù)”買單。

與燃油發(fā)動機并駕齊驅(qū),繁榮電動車產(chǎn)業(yè)如何落馬?

一.

汽車發(fā)動機的歷史淵源,可以追溯到十八世界中期第一次工業(yè)革命時代背景下誕生的蒸汽機。正如書本中帶有蒸汽機的火車頭插畫顯示,那時的蒸汽就是機車的動力源。

瓦特改進蒸汽機成為了關(guān)鍵節(jié)點,人們稱它為全面進入蒸汽時代的標志。

不得不承認,在讓蒸汽機變小、動力變強的過程中,瓦特的設(shè)計起到了關(guān)鍵作用。他改進的蒸汽機成功的將冷凝與氣缸做了分離,讓動力源可以擺脫笨重蒸汽罐的限制,為其應(yīng)用到更小更輕便的民用車埋下了伏筆。后來著名的風冷發(fā)動機就得益與此。

因為瓦特的改進,現(xiàn)代發(fā)動機的前身初露,但是在此之后,在氣缸的數(shù)量、點火裝置的發(fā)明和合適燃料的選擇上,工程師們花費了數(shù)百年。期間僅在燃料的選擇上,發(fā)明家們就試遍了火藥、煤氣、氫氣等各種燃料,經(jīng)歷起起伏伏,最終才落在汽油技術(shù)上。

19世紀接近尾聲,卡爾·本茨向世界宣告研制出第一輛燃油汽車,引起了不小的轟動,彼時,燃油汽車終長成。但沒人意識到,量產(chǎn)后出現(xiàn)的產(chǎn)能不足、故障多、維修困難且行駛里程短等諸多問題才成為真正的阻礙,燃油汽車的發(fā)展因此受壓制,人們甚至一度嘲笑它連馬車都取代不了。

同一時期,確切來說要早上幾年,法國工程師古斯塔夫·特魯夫向世界展示了第一輛預(yù)量產(chǎn)電動三輪車,動力源采用的是鉛酸電池。

相比之下,電動車啟動優(yōu)雅,安靜無味,它一出場就比燃油汽車“高貴”,備受當時貴族們的喜愛,而燃油車更像是一頭會吐黑煙的“怪物”存在。

當時,電動車的定位是高端市場,技術(shù)過于新穎,多數(shù)企業(yè)選擇觀望,少數(shù)企業(yè)轉(zhuǎn)而擁抱這一新興市場。由此,電動車產(chǎn)業(yè)被催生。

二.

1899年4月,Camille Jenatzy駕駛了一輛外形如火箭般的Jamais Contente登場,并以106公里/小時刷新了當時汽車的最高時速,引眾人側(cè)目。

如眾人所料,這一驚人之舉把電動車產(chǎn)業(yè)推向了新的高度。盡管因為設(shè)計缺陷,Jamais Contente最終無疾而終。但即便今天,透過它看這短短十余年的電動車發(fā)展史,依然驚嘆它發(fā)展的迅猛之勢。

七個月后,奔馳創(chuàng)始人之一、汽車鼻祖戈特利布·戴姆勒去世,如火上澆油,本就根基不穩(wěn)的燃油汽車產(chǎn)業(yè)岌岌可危。

同年,年僅二十五歲的波爾舍正式推出了第一輛真正意義上的純電動車,即參加過當年Semmering比賽的山地賽車Lohner Porsche。他為這臺車兩只前輪各安裝一個輪轂電機直接驅(qū)動車輪,并搭配了一套電機與車輛間的低摩擦直傳系統(tǒng),讓電池組為電機供電。

第一次將電動輪軸與前輪驅(qū)動結(jié)合,波爾舍的這一設(shè)計讓每個前輪電機功率達到1.9-2.6kW(2.58Ps-3.5Ps),輸出瞬時動力最大可達5.2kW(7Ps)。這讓動力傳輸效率大大優(yōu)于當時的燃油內(nèi)燃機汽車,驚艷四座。

自此,電動車產(chǎn)業(yè)開始進入爆發(fā)式增長狀態(tài)。

三.

好的汽車設(shè)計師對技術(shù)有著獨特的審美,也正是具備天才獨有的“嗅覺”,波爾舍看見了汽油這一燃料的魅力。

喜歡改裝車的汽車愛好者都知道,想要車速和整車穩(wěn)定性有顯著的提升,“輕量化”處理常常是車友們的首選。但在電動汽車身上,這一問題很難得到有效緩解。當時,保時捷車上74節(jié)80V的鉛酸電池重量就高達1.8噸,讓續(xù)航里程和車速的提升受阻。

自然而然,波爾舍想要借助改善設(shè)計來削減電池的數(shù)量。

1901年,Lohner Porsche Mixte混動版本推出。波爾舍為這臺車加入了一臺5.5L的四缸發(fā)動機,然后利用傳統(tǒng)軸為發(fā)電機供能。借助這一設(shè)計,波爾舍成功把這一四驅(qū)電動車重量控制在了1.2噸以內(nèi),極大程度上減少了對電池組的依賴。

憑借Mixte版本,Lohner Porsche也連續(xù)刷新了多項奧地利賽車速度記錄,并在全國拉力賽中連續(xù)奪得兩屆冠軍,波爾舍也因此獲得了奧地利最高汽車工程師獎項。

之后,Lohner Porsche不斷被市場驗證,收獲認可,其性能以及續(xù)航表現(xiàn)也在持續(xù)提升。與當時內(nèi)燃機汽車相比,以電力為主要傳輸?shù)膭恿夹g(shù)在續(xù)航、性能、平順性等方面都更具優(yōu)勢,這也讓很多歐洲地區(qū)皇室在選擇專用車時徹底淘汰掉了馬車。

這一混合動力設(shè)計成功壓制了內(nèi)燃機技術(shù)長達30年。1911年,紐約時報將電動汽車列為“理想化車型”,因為它更干凈,更安靜,同時也比汽油引擎車輛更經(jīng)濟。

數(shù)據(jù)顯示,至1915年,美國的電動汽車年產(chǎn)量5000輛,保有量達到5萬輛。20世紀20年代初,蒸汽汽車占40%,電動汽車占38%,燃油汽車只占22%。

短短三十年,憑借技術(shù)的優(yōu)越性,電動汽車市場占有率大幅超越燃油汽車,進入了第一個黃金時代。

四.

發(fā)展到后來,除德國汽車廠商,美國的Anthony Electric、Baker、Columbia、Anderson、Fritchle、Studebaker、Riker都相繼生產(chǎn)推出過很多電動車型。用戶甚至可以購買不帶電池的車,然后從電力公司購買可更換的電池,后續(xù)只需繳納電費和月服務(wù)費,就可以保證自己的車輛得到完善的定時維護以及充足的電力,這項服務(wù)從1910到1924年間變得非常流行。

由此看來,電動車產(chǎn)業(yè)上下游都發(fā)展到一種相對穩(wěn)定而繁榮的狀態(tài)。但此時,大洋彼岸正在發(fā)生微妙的變化。

隨著美國經(jīng)濟的急速發(fā)展,公路網(wǎng)絡(luò)逐漸完善;同時德克薩斯、俄克拉荷馬和加利福尼亞等大油田也被陸續(xù)發(fā)現(xiàn),汽油價格降低,燃油汽車產(chǎn)業(yè)獲得了持續(xù)增長的動力支撐。

在這一時代背景下,燃油汽車獲得的最大益處就是成本被大幅降低。最終,在消音器、電力啟動系統(tǒng)、四沖程發(fā)動機技術(shù)陸續(xù)完善的狀態(tài)下,至二十世紀三十年代,內(nèi)燃機汽車以1/5的價格優(yōu)勢徹底“消滅”了電動車。

隨后,第二次世界大戰(zhàn)又在某種程度上促使燃油汽車進一步發(fā)展。而后幾十年,電動汽車技術(shù)一直都存在各大工廠的實驗室里,再未出現(xiàn)。

直到1973年,因中東戰(zhàn)爭,第一次石油危機爆發(fā)。各國政府再次大資金投入和推動新能源汽車(主要為電動汽車)的發(fā)展,為此,美國還召開了第一次國際電動汽車會議,并展出了一百多輛電動汽車。整個產(chǎn)業(yè)開始復(fù)蘇。

在政策利好的大環(huán)境下,日本、巴西、美國、西班牙、德國等國家紛紛做了混合動力、 酒精、液態(tài)氫、鋅氯、太陽能等新型電池的研發(fā)和嘗試,但最終紛紛伴隨危機解除,以“失敗”告終。

里程數(shù)無法提高、車身重量過重、成本高等一系列“亙古”的問題始終存在,這一場因政治帶動起來的新能源汽車產(chǎn)業(yè)第二次輝煌也終暗淡。

最后

新能源汽車發(fā)展起起伏伏,最終敵不過成熟的技術(shù)、高效的能耗比和商用量產(chǎn)等一系列自然而然的選擇。

目前,國際上普遍認為,在新能源領(lǐng)域,電動車是短期內(nèi)的理想車型,而最終一定會走向氫燃料電池汽車。然一如燃油發(fā)動機技術(shù)對當時汽車行業(yè)的顛覆,技術(shù)本身的最終完善才將決定未來市場的走向。

如此看來,若真如豐田所料,特斯拉更注重當下,豐田則更看重未來。而透過歷史發(fā)展反觀當下,未來很長一段時間內(nèi),汽車市場將會百花齊放,各類動力源并存,直到恰好成熟而適用的技術(shù)出現(xiàn)。