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听说有人认为燃料电池比锂电池更有前途?

3月前浏览1420

提问者在问:锂电池是不是已经夕阳行业了,之后是不是会被燃料电池行业取代?

我觉得:恰恰相反,锂电池仍然属于国民经济分类中明显还会继续往上走的一个门类,是中国产业升级发展的重点方向,汽车行业电气化的已经明确明牌的主要发展方向。反观燃料电池,目前发展状态只相当于中国的动力电池行业起码5~10年前的状态?而且未来发展前景其实是要打一个问号的。

原因1:国家对于(纯)电气/电动化汽车的发展基本就是明牌中的明牌。

大家可以看看近几年来国家在这方面的政策支持, 真的是操碎了心。从一开始的白名单保护到后来的产业成熟再逐渐退补,再到引入特斯拉鲶鱼以及今年的延长补贴。有的人看见的是什么?国家要退补了——这个行业国家不支持了,电气化国家不搞了——你要是这么想只能说是NAIVE。

你看看国家反复 制定的支持电动汽车发展的政策,那可真的是亲儿子啊,你可以看看储能行业多少年求补贴而不得,支持机制一直不明,再看看燃料电池一波N折奥运会那会起个大早赶了个近来的晚集,就知道国家是一直真的对电动汽车行业真的是关心+关照。而从现状看,电动汽车行业总体来说逐渐拔高了中国汽车工业的水平/竞争力,而且培养出了世界级的供应商 (比如 CATL和BYD),比起之前的燃油车领域可以说还是见到了效果。考虑到电动化成果的显著、电动汽车行业对于保障国家能源安全的意义(少用石油),国家肯定会继续支持这个领域的发展。

原因2:补贴退坡就是国家不支持电池行业要转向支持燃料电池?NAIVE.

什么?补贴变少?你没看见为了保证新能源汽车的连续发展国家不断在调整双积分政策?另外我要负责的告诉你:从长久看:一个行业必然要摆脱补贴来独立发展,这样才算是“断奶”“长大”——你要是只盯着这点补贴退坡就断定电动汽车要黄,燃料电池补贴多就要雄起,那你对于产业经济发展规律的理解基本还没有入门。。。要是燃料电池汽车也开始每年卖个100万辆,你看看国家要不要考虑退补?现在补的多完全是因为行业发展还太早期,得用政策使劲奶而已(电动汽车产业起码五年前的状态)

PS:经好友PPPEACH提醒今年燃料电池补贴也在下降,然后……就也卖不动了,这行业才刚刚开始发展……

原因3:现在电动汽车年销售量也就4%左右(欧洲/中国),增量空间还大的很

说什么100%取代没意思,但是哪怕电动汽车以后占到销量50%,这得是多大的一块市场?每年的电池的需求量得有多少?所以为啥像CATL的市值可以炒到4000亿+(说明一下我并不认为在现炒到这个价格非常合理以及有投资价值)?还不是各界(尤其是在看好一个行业时在行动上最为诚实的资本界)的共同认可,认为这个行业有连续扩张的潜力?如果你看到今年疫情下的一点困难和挫折就觉得锂电池行业没前途了,那我觉得还是需要去多研究一下更宏观的东西,培养一下大菊观。

原因4:哪怕就是燃料电池车真的哪天一统江湖/占据主要多数,也要用锂电……

惊不惊喜,意不意外?根据刘博的有限的知识,燃料电池车肯定是要配高压电池组的:至少启动需要,而且燃料电池本身的变功率工作能力比较差,需要搭配锂电池来进行功率变化工况的支撑。所以每一辆燃料电池车其实都需要安装不少的动力锂电池,所以哪怕真的燃料电池大发展了,做锂电池也失不了业。

话外音:我听说之前有燃料电池车就是安个燃料电池装个样子实际上一直靠装的锂电池在跑……反正节操是掉落一地。

原因5:燃料电池本征的挑战还一大堆,要不然为什么工业化这么多年进度比锂电越来越远……

其实概括一下就是这样,具体的我觉得没有必要展开,而是从现象和本质来直接(倒推)告诉大家原因,起码我知道的燃料电池的问题有:1)贵金属依赖;2)变功率性能困难;3)空气中气体的对催化剂污染;4)加氢站比加电站基建上困难好多;5)成本到底能降到多少?6)等等……大家可以也看看其它的回答,里面肯定会有更多的这方面的内容。

所以大家不要追着所谓锂电的短板在说锂电不好——锂电电动汽车目前属于已经大规模工程化已经走的比较远建立了体系,而燃料电池才相当于刚刚开始。要是燃料电池真也做到了今天动力电池行业的阶段,估计问题只会更多——谁在刚从实验室出来的时候不是显得没有缺点什么都好?有本事在工厂市场多拉出来溜溜才能看出问题。所以,燃料电池还早呢。

结语:对于所谓生化材环四大天坑专业,我推荐大家搞锂电相关方向,原因无他:好找工作,行业有发展。

知乎上喜欢踩所谓四大天坑专业和传统行业,说实话我可以理解,但是个人觉得好多大V天天在这里纠缠来去没什么意思。天坑专业是要改善改进,但是全民CS金融我真觉得是一件不值得推荐的事。中国大不大,行业多不多,是不是所有人都要只集中在北上广深搞计算机金融?制造业要不要有人来干?学了化材专业去搞锂电进入工业界,起码进入了一个不断扩张的赛道,而且普遍性的越老越值钱(经验和关系是有用的),待遇也说的过去(不要老拿青春饭CS比,老这么抬杠没意思),然后可以选择的城市地域也很多:全国都在发展这个行业,从材料到电芯到电池包,产业链遍布了几乎全国各地,你可以工作从天津找到福建,江苏找到广东,都有去处。

最后,我想说,我觉得我做的工作很有意义,每天都在随着中国的这个朝阳行业不断发展和进步。干这一行,物质上有基本保障,精神上我觉得很有意义,这样的工作和生活很好。

所以我要安利大家来搞锂电。


来源:弗雷刘
燃料电池汽车新能源材料储能工厂电气
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首次发布时间:2024-08-07
最近编辑:3月前
弗雷刘
博士 动力电池 新能源行业科普
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为什么比亚迪刀片电池技术能明显提高动力电池包能量密度?| 特约评论

作者简介:弗雷刘,博士毕业于清华大学材料系,从事动力电池研究开发工作多年,目前就职于某外资车企电芯开发部门。 其实(类似于)刀片电池的长电芯-简化模组思路,在汽车业内已经受到大家的重点关注有一段时间了,而比亚迪的刀片电池可以说是在这方面创新的一个集中体现。不管是比亚迪的刀片电池,还是宁德时代的CTP (cell-to-pack,单体电芯到电池包)技术,他们是有共性的,即:传统上的电池包需要层层集成——电芯cell-模组module-电池包pack三级,而通过刀片/CTP技术可以减少模组级的结构件,并极大的简化电池包上的装配支撑结构,使得整个电池包结构明显简化,从而形成了近似于电芯-电池包的两级集成方案。与三级集成方案相比,在体积上提高50%集成效率是有可能的。 所以传统电池包内部一般长的是什么样子?1) 首先咱们先看一下电芯集成的模组从以下两图,不难看出不论是基于方形还是软包电芯的模组,其都包括了许多结构件,比如低压线束、端侧板等(都有简化的可能),因此C-M(电芯到模组)的质量集成效率常常有90%左右。而体积集成效率可以进行简单估算:355模组的尺寸是:355*151*108,如果是基于方形电芯构成的话其包括12个148*91*28的电芯。通过计算电芯总体积/模组总体积,可以得到C-M(电芯到模组)体积集成效率大约为78%,注意了,大有提升潜力空间哦。典型软包电芯模组示意图,摘自沐风网典型方形电芯模组示意图,摘自沐风网2) 再看一般电池包的结构目前市面上常见的电池包很多基于小模组(比如355)+电池包内各种固定件、支撑件得来,模组结构件+高压连接+线束+固定件+支撑件+其它件当然占据了相当多的体积和质量,所以集成效率不会太高,大家都希望可以进一步的提高集成效率,在有限的质量和空间中达到更高的电池包能量。在这里需要大家注意,对于动力电池(包)来说,体积能量密度其实更重要,因为乘用车的底盘空间有限,不能容纳一个体积很大(尤其是z轴高度很高,在这里给z轴方向划重点)的电池包。越是对于底盘偏矮的轿车/跑车这个要求越突出(低矮的车更“性感”,符合当下汽车设计的方向)。因此如果我们要讨论集成效率提升的话,体积利用效率是最直接最有效的研究判断指标,而不是只执着于常见的质量能量密度Wh/kg。典型电池包结构示意图奥迪e-tron 电池包结构,注意橙色的线束占据的体积刀片电池技术对于电池包体积能量密度的提升那么在这里,大家可以看看刀片电池(电芯+电池包)的样子,最简单的就是直接把比亚迪申请的几个专利下载一下,看看他们放的原图和说明(其实读一下就发现人家放图和说明已经很详细啦,我们只需要搬运+整理出主要内容就可以)BYD专利中给出的典型的基于刀片电芯做成的电池包结构示意图对比之后,我们可以直接总结一下刀片电池(包)解决方案可以有效提高体积能量密度的原因:1) 单体电芯长条化->大电芯化带来的更高能量密度这倒不是什么太新奇的思路,为了提高能量密度,本来大电芯就是公认的发展方向。当然,电芯做到多大是“比较科学的最大”,安全性如何,冷却怎么保证,这是需要进行仔细平衡优化的。2) 单体电芯长条化,两端出极耳的设计使得电池包高度z轴方向利用率可以明显提高在这里,之前BatteryPack发表的《比亚迪的刀片电池为什么能提高50%的能量密度?》一文已经给出了非常直观的基于模组的示意图说明和计算分析,即:“1100mm,长度在1600mm。下面回顾一下小学知识,以150mm Z向高度来说,Z向多利用1mm,整个体积利用率就多提高0.67%。Y向多利用1mm,整个体积利用率才提高不到0.1%,X向就更小了。所以增加卷芯在Z向的尺寸是最重要的,也是刀片电池在PACK层级体积能量密度提高的主要原因。”刀片电池(芯)在z向更好的空间利用率,图片摘自公众号BatteryPack而在这里,我们可以把上文中电芯/模组示意进一步外推放大到电池整包来对比一下,大家可以更直观的感受到体积利用率的明显提高。传统电池包z轴剖面空间利用示意图刀片电池包z轴剖面空间利用示意图3) 沿车体宽度空间利用率的提高继续刚才一部分的分析:实际上不仅z轴,沿剖面的宽度方向的利用率提高幅度也应该是不小的:沿宽度方向可能就只有两个电芯(长度可能是600-1000mm),甚至只有一个电芯布局。其实这样的设计理念有点“大模组”的意思,其实也是目前很多OEM技术发展的一个方向。4) 模组结构的简化传统的模组为了保证其作为一个独立的单元具有良好的力学性能,需要侧板端板等防护结构,因为多级集成也需要低压线束、高压连接等电气元件。在使用刀片电芯技术后,这些结构可以得到极大的简化,但是遗憾的是,因为BYD没有放出官方的更详细的结构示意图,这里只能参考传统模组结构,再基于刀片CTP的特点进行推理。但是不难推断:在体积利用方面,只在这一个环节从传统的78%(前面计算得到值 )提升到90%以上完全是有可能的(这就是10+%的提升)。5) 电池包整体结构/元件需求极大的简化相对更为简单的电芯结构和集成方案使得电池包固定件+防护结构件等用量明显减少使得制造更容易、成本更低、集成效率更高。对于刀片电池集成的电池包,方形刚性外壳的电芯本身较长的长度就可以承担/分担一部分系统的力上的支撑,从而减少电池包系统层级上需要的机械加固结构需求;更大尺寸的电芯/近似模组的设计使得在电池包等级上的装配生产复杂度和成本明显降低,质量和体积上更紧凑,利用率肯定更高。更加一体化的设计理念也可以很好的提高水冷、加热等元件的集成度。而基于相对规整的电芯做出的电池包外形也会在体积上更为规整紧凑,更多的处于汽车碰撞中的安全区内,这对于电池包壳体的撞击保护的需求也会带来降低,从而形成一个电池包紧凑化->置于更安全的位置-> 可以更少使用力学保护结构 -> 使电池包结构近一步紧凑化的正反馈循环。基于以上几点的优势叠加,假如每一个因素都能提高10%左右,不难看出相比于传统电池包,基于刀片电池单体的电池包的体积利用率完全有可能提高40~50%。刀片电池技术+磷酸铁锂的电池包基本数据性能与三元电池相比有竞争力吗?更进一步的,我们可以试着推理一下(半定量,不能保证数据足够严谨但是可供参考)其基于刀片电池+磷酸铁锂化学体系能达到的电芯级与电池包级的能量密度,以及其与目前典型的三元电池包的对比。不难看出,基于刀片电池技术,磷酸铁锂电池系统完全可以在能量密度上与现在市面上主流的三元电池相匹敌,在乘用车细分市场中打开更广阔的天地。而且不要忘记,磷酸铁锂电芯本身成本就更低,而体积能量密度提高来自于电池包等级上结构部件的节省,这也会进一步的使成本更有竞争力。*刀片电池(质量基于80%集成效率,体积基于传统三元电池包集成效率45%的1.5倍为67%估计)典型的刀片电池包的电芯堆叠情况示意图挑战?当然刀片电池也不是完全只有优点,也会带来一些技术上的挑战:比如新型长电芯是一个类似于COMBO MODULE的设计概念,是一个电芯里面套几个卷芯再用隔间隔开的结构;多个注液口的注液密封、多个卷芯等带来的一致性控制的难度 ;这种更长/大电芯的安全性可能会更有挑战(如果做的是铁锂倒是可以被磷酸铁锂的本征安全性抵消一部分)。但是总体来说,这对于每一点能量密度上升、成本下降都不容易的动力电池领域来说,这就是一个很大的创新:创新并不是仅限于电化化学体系上,电芯结构设计、系统集成同样十分重要甚至有可能有更多潜力可挖。也希望行业内的同仁们一起努力,共同进一步推动动力电池技术的发展。参考文献:CN201910544929-电池包、车辆和储能装置-申请公开CN201911011713-一种锂离子电池、电池模组、电池包及汽车-申请公开CN201911012284-一种电池、电池模组、电池包和电动车-申请公开 致谢非常感谢同事Jackie Xu对本文编写给予的大量帮助。文|刘冠伟图|刘冠伟 网络及相关截图来源:弗雷刘

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