煤炭天然气石墨烯氢能源锂电池（石墨烯储能电池）

本文目录一览：

• 1、燃料电池分为哪几种？
• 2、锂电池和氢燃料电池哪个未来的市场会更好？
• 3、石墨烯电池和锂电池区别有多大
• 4、锂离子电池与石墨烯电池，有什么制造上的区别？原理上的区别？
• 5、氢云研究：谁将主宰未来新能源汽车：氢燃料电池 or 固态锂电池？
• 6、锂电池与氢燃料电池哪个更有前途？

燃料电池分为哪几种？

可以按燃料类型分类，或者工作温度分类，但一般都是以电解质的类型来分类的，可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PENFC)五大类。

目前，有5种已知的燃料电池类型。其名称与采用的相应的电解质有关。

（1）碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。

这种电解液效率很高（可达60一90％），但对影响纯度的杂质，如二氧化碳很敏感。因而运行中需采用纯态氢气和氧气。这一点限制了将其应用于宇宙飞行及国际工程等领域。

（2）质子交换膜燃料电池（PEMFC）采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。这种电解质具有高功率一重量比和低工作温度。是适用于固定和移动装置的理想材料。

（3）磷酸燃料电池（PAFC）采用200℃高温下的磷酸作为其电解质。很适合用于分散式的热电联产系统。

（4）熔融碳酸燃料电池（MCFC）的工作温度可达650℃。这种电池的效率很高，但材料需求的要求也高。

（5）固志氧燃料电池（SOFC）采用的是固态电解质（钻石氧化物），性能很好。他们需要采用相应的材料和过程处理技术，因为电池的工作温度约为1000℃。

锂电池和氢燃料电池哪个未来的市场会更好？

这个还是要看市场的需求，作为交通工具，新能源汽车追求的也无非是安全和动力，还有续航能力。在这几方面来说，锂电池汽车最大的瓶颈是续航能力，氢燃料电池汽车的瓶颈是安全性。

作为电动汽车的电池，经过了几代的发展，开始是铅酸电池，后来是镍镉和镍氢电池，最后是锂电池。这说明锂电池确有独到之处。无论从能量密度，比功率，还是循环使用寿命来说，锂电池都是目前的最优选择。但目前最好的锂电池还是只能做到500公里左右的续航能力，这个还是理想工况下的，所以达不到燃油车的水平。开发新的电池是新能源汽车的绕不过的任务。

新型电池的努力是多方位的，有石墨烯电池，金属空气电池，锂硫电池，超级电容电池等等，任何一种取得突破都将引起汽车业的革命。但目前最有可能突破的是固态电池，应该在实验室得到了证实，大公司们都在争分夺秒的研发，看谁最先量产。

燃料电池汽车目前最具代表性的是丰田的MIRAI，续航500多公里，还可充当移动发电站，后备箱的插座，够普通家庭一星期的用电。两大弊端，一是用700个大气压的压力储氢，一旦泄漏或爆炸后果都不堪设想。再是加氢站太少，无处加氢。催化剂用铂并不是大问题，一是用量少，二是已出现替代物。

纯电动的问题在于所充的电从哪里来？说不定也是用煤发的，所以不见的一定环保。氢燃料电池汽车排放物是纯水，绝对的环保，但是所用的氢气生产过程是否环保也不好说，因此哪个能最后胜出尚不可知。

所以谁更能吸引到消费者，谁就有市场。

石墨烯电池和锂电池区别有多大

石墨稀是比锂电池要好很多，特别是电池的动力特性、电容量、寿命等方面。

但是目前石墨稀还没达到实用化阶段，离大批量生产还有很长的路要走。锂电池在安全性、续航能力、环境污染以及充电速度方面存在的巨大短板已经开始严重限制了各大高科技产业的发展，因此许多企业研发部门都将目光放到了更先进的石墨烯电池上面。

石墨烯电池强度最高、韧性最好、并且还有质量轻、导电性优良的特点。早在几年前，华为就宣布了他的一项快充的技术，将3000毫安时的石墨烯电池进行充电仅仅只需要五分钟就可以充满接近一半的电量。

可见石墨烯电池不仅适用于新能源汽车，在我们的手机领域也可以得到广泛的应用，但是这仅仅只是处于实验阶段，距离在市场上得到应用还需要很长的路要走。

石墨烯相比于传统的电池有着更大更多的优势，在使用寿命上，它的使用寿命是锂电池的两倍，是氢化电池的四倍。在重量上，它的重量大概只有传统电池的一半。在充电的速率方面。石墨烯电池可以提高几十倍甚至上百倍。

锂离子电池与石墨烯电池，有什么制造上的区别？原理上的区别？

一、制造上的区别

从生产角度看，作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。石墨烯电池的成本比锂电池低77%，完全在消费者承受范围之内。此外，在汽车燃料电池等领域，石墨烯还有望带来革命性进步。

二、原理不同

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

石墨烯电池利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。

三、发展前景不同

电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大门槛，而电池产业正处于铅酸电池和传统锂电池发展均遇瓶颈的阶段，石墨烯储能设备的研制成功后，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。

由于其独有的特性，石墨烯被称为“神奇材料”，科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长Colin Bailey教授称：“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用，从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”

最近美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时可用于制造体积较小的器件。

参考资料来源：百度百科-锂离子电池

参考资料来源：百度百科-石墨烯电池

氢云研究：谁将主宰未来新能源汽车：氢燃料电池 or 固态锂电池？

作者 | tom 高级新能源分析师

我国油气资源匮乏，大幅度以来国外进口。为了保证国家能源安全，采取多元化能源发展路线。早期尝试了甲醇等生物质燃料，后又发展天然气、液化石油气燃料。随后又探索了超级电容、锂电池、燃料电池等技术，锂电池已经成功应用到交通领域，成为近年来新能源发展主力军。

锂电池能量密度，续航里程偏低，加之安全性存疑，一直备受业内外争议。而氢燃料电池技术突破，超高能量密度，成为业内外关注焦点。本文将从全新一代锂离子电池技术——固态电池，与氢燃料电池技术发展，分析二者优劣势，预判未来应用前景，供读者参考。

首先从全新一代锂电池技术——固态电池开始，分析目前固态电池技术产业化进程，及其技术优劣势。

1、固态电池产业化只差临门一脚，但续航改善有限

近一年多，台湾辉能开始与各大主机厂进行合作，测试电池包，这在氧化物固态电池领域具有标志意义。在10月22日东京车展上，丰田汽车CTO寺师茂树也表示，2020年东京奥运会示范运营固态电池汽车，2025年左右可以大规模生产固态电池汽车。以这些信息来看，辉能似乎在半固态电池产品和丰田硫化物全固态电池离量产越来越近。

2、辉能半固态锂电池初步具备小批量生产能力

近日，辉能CEO在某论坛上透漏了最新电池技术进展。通过论坛信息，我们可以看到目前辉能所谓固态电池并非全固态电池，而是采用添加少量有机电解液的半固态电池。添加少量有机电解液，可以大幅改善界面接触问题，使得电池性能几乎达到液态电池水平，同时在安全性、高低温性能、散热等方面还具有明显优势。这种半固态电池解决了目前液态锂电池安全问题，但没有解决能量密度问题。由于负极不能采用金属锂，其能量密度将不会有领先优势。

表1 主要锂电池技术路线特征

来源：氢云链

半固态锂电池具有与液态锂电池非常相近结构，其生产可采用低温压合、卷式生产工艺，保证半固态电池生产成本与液态锂电池具有一定可比性。目前陶瓷电解质生产规模较小，成本仍然较高，使得半固态电池原材料成本偏高。另一方面目前半固态电磁生产良率仍然低于液态电池。大规模生产之后，半固态电池成本会大幅下降，但与液态电池相比，可能仍然会处于劣势。总体来看，半固态电池核心优势是安全性，中短期（3-5年）内，成本仍然处于较大劣势地位。

图1 汇能固态电

辉能也意识到半固态电池不能完全解决现在里程焦虑，全固态金属锂电池也在积极开发当中。全固态电池由于不添加有机电解液，其界面接触问题需要通过其他手段来解决，目前仍然没有较好的解决方案。为了提高固态电池能量密度，金属锂负极非常合适的解决途径，但金属锂负极技术及相关界面问题是非常大挑战。虽然辉能朝固态电池迈进了“半步”，但实现真正全固态电池还有更艰难的“半步”要走。

图2 固态电池产业发展趋势 来源：氢云链

3、丰田全固态电池可实现小批量生产能力

早在2014年，丰田就透漏2025年左右要实现固态电池汽车量产。近日，丰田执行副总裁兼首席技术官寺岛茂树(Shigeki Terashi)在东京车展前夕透露，丰田将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池技术的新能源车，该款车预计作为东京奥运会和残奥会上运动员及后期保障人员的出行巴士。

图3 丰田固态电池样车

根据公开技术资料显示，丰田采用了硫化物固态电解质技术路线，正极采用现有三元材料，负极采用石墨。关键生产工艺采用卷到卷方式进行，总体上与辉能生产工艺有一定相同之处。在电极浆料、压合技术上采用了新的配方和方法。丰田固态硫化物电池在工艺上与辉能最大不同，是不需额外注入少量电解液。丰田固态电池可能是真正意义上的固态电池，这使丰田未来实现金属锂负极、高电压正极材料应用，似乎水到渠成。

从丰田所采用材料体系推算，其电池能量密度与辉能半固态电池相当，在能量密度方面不具备优势。由于无法获取生产良品率，无法判断其成本与辉能差异，且目前谈成本仍然为时尚早。在未来技术成熟的预期下，丰田和辉能所生产固态电池，成本可能较为接近。总体来看，目前丰田全固态硫化物电池体系，与辉能半固态电池体系优势基本相当，能量密度问题仍然无法完全解决。

图4 丰田体积能量密度提升路径

4、从理论上看，全固态电池是可以解决液态电池安全、能量密度问题的。

辉能和丰田方案领先一步，提高了安全性，且实现低成本具有可行性（仍然需大规模生产验证）。未来通过高电压、金属锂，可进一步解决能量密度问题。丰田固态电池从目前的材料体系延伸到未来的高电压正极、金属锂负极材料，在工艺及材料体系方面更具有兼容性，因此其实现高能量密度固态电池量产可能会具有一定先发优势。

根据锂电池新材料、新工艺研发周期推算，在各种技术难题顺利解决情况下，2025年之后高能量密度固态锂电池或可实现原型开发及小批量生产。固态电池未来能否取代液态电池，首要决定因素是成本差异，其次才是安全性。笔者认为固态电池有希望把成本做到具有与液态电池相当水平，但“好事多磨”，存在很多不确定因素。

图5 不同种类锂离子电池能量密度

另一方面从氢燃料电池产业化及技术分析，氢燃料电池技术优势及发展困境。自2014年底丰田推出第一代氢燃料电池以来，全球氢燃料电池汽车保有量已经突破万台，预计2020年底保有量突破两万台，市场将由导入期慢慢转入成长期。超长续航能力及环保性成为了氢燃料电池汽车最闪亮标签。全球各地政府也在加大对政策扶持力度，相关企业加大投入纷纷建设加氢站等基础设施，希望推动氢燃料电池汽车产业发展。

新技术、新产业发展早期总会碰到各种各样问题，2019年可以称为氢燃料电池汽车发展早期的质疑阶段（早期动力电池也遭到严重质疑，起火爆炸、成本高......）。2019年以来多起氢气爆炸事件，导致业内外对氢气安全性充满质疑，同时加氢站建设投入高，氢气使用成本高，对氢燃料电池未来经济性也充满了担忧。笔者认为氢燃料电池安全性是技术问题，技术特征和使用成本才是市场定位的基准。下面笔者将从使用成本、产品特性分析，明确锂电和氢燃料电池在未来交通领域定位，供各位参考。

5、成本为王，短途、轻载场景锂电更优优势

采用煤制氢是目前成本最低氢气制造方案，有机构测算氢气生产成本约10元/Kg，即丰田mirai消耗能源成本为10元/百公里，目前煤电发电成本低于0.3元/度，按照特斯拉汽车20度/百公里，消耗能源的成本为6元。这其中只是粗略考虑燃料/能源生产成本，暂未考虑氢气储运与电力输送成本的差异，很明显使用氢气成本必定大幅度高于充电的成本。因此笔者认为在很长一段时间内，氢燃料电池汽车使用成本将大幅高于电动汽车使用成本。锂电池车辆更具有优势，其核心原因是锂电能量转换效率高，使用成本低。

图6 两种电池成本-续航里程对比

6、超长续航，长途、重载场景氢燃料电池优势明显

氢燃料电池由于能量密度高，长续航优势明显，可以运用于大载荷场景，如大型远洋船舶、重型长途车辆，而动力电池是难以胜任这些应用场景的。在燃料电池发展早期，我们已经看到其在大型船舶、火车、重载车辆领域的应用尝试，笔者认为氢燃料电池在这些领域应用更具有优势。而固态电池延续了液态锂电池优点，同时在一定程度上弥补了其续航里程（能量密度）不足问题，但其仍然难以与燃料电池相比。

氢燃料电池和锂电池在很多应用领域是相互补充的，比如在电网储能领域，氢燃料电池容量大，而锂电池响应快，在电网储能中起到作用也不尽相同。锂电功率密度大、氢电能量密度高，电-氢混合技术成为目前氢燃料电池汽车主要采用技术路线。能源领域从来都是受到政府管制的，未来不排除政府通过税收及相关管制措施，调节氢燃料电池使用成本，使得氢气使用成本具有比较优势。笔者认为不能单纯否定某一种技术，二者具有非常好的互补性，协调二者发展才能更好促进新能源产业发展。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

锂电池与氢燃料电池哪个更有前途？

肯定是氢燃料电池更有前途了，锂电池是有污染的，而氢燃料电池就是靠着氢与氧结合产生动能，这种是没有污染的，虽然现在氢燃料电池的发展还未成型，价格也比较昂贵，但是未来一定会大力发展这种氢燃料电池。