今年可以說(shuō)是電動(dòng)汽車安全元年，過(guò)去無(wú)論是廠商還是購(gòu)買電動(dòng)汽車的用戶，從來(lái)只關(guān)心性能和續(xù)航里程，沒(méi)人關(guān)心過(guò)電池安全，直到特斯拉曝出自燃事件后大家才開(kāi)始越發(fā)關(guān)注電動(dòng)汽車的安全問(wèn)題。這也讓很多過(guò)去不為人知、廠商避而不談的、三元鋰離子電池的性能缺陷逐漸浮出水面，讓人們逐漸意識(shí)到磷酸鐵鋰的好處。

倘若拿三元鋰跟磷酸鐵鋰比較相信很多人很快就能了解磷酸鐵鋰正安全性方面的性能是要優(yōu)于三元鋰離子電池的，但是倘若拿三元鋰與氫燃料動(dòng)力鋰電池比較，誰(shuí)更安全呢？過(guò)去人們總是談氫色變，覺(jué)得氫是一種比汽油還要危險(xiǎn)得多的能量?jī)?chǔ)備方式。事實(shí)果真如此嗎？氫燃料動(dòng)力鋰電池的工作原理是如何的？它的安全性是怎么設(shè)計(jì)的？與三元鋰相比誰(shuí)更安全？本期來(lái)為大家解讀

■氫燃料動(dòng)力鋰電池動(dòng)力系統(tǒng)的核心技術(shù)：儲(chǔ)氫罐+燃料動(dòng)力鋰電池反應(yīng)堆

正如電動(dòng)汽車當(dāng)中的電池組相同，儲(chǔ)氫罐是用來(lái)存儲(chǔ)氫氣的設(shè)備，燃料動(dòng)力鋰電池反應(yīng)堆是用來(lái)把氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化成電能和水的設(shè)備。這兩者加在一起，就構(gòu)成了相當(dāng)于電動(dòng)汽車的電池組，能夠繼續(xù)為電機(jī)和整車電器設(shè)備供應(yīng)電力。

氫燃料動(dòng)力鋰電池的好處顯而易見(jiàn)，電力轉(zhuǎn)換效率極高，而且過(guò)程中十分靜謐，也不會(huì)要大量散熱。這就是為甚么豐田Mirai僅僅攜帶5kg氫氣就能續(xù)航700公里+的原由。極大的能量密度和極高的能量轉(zhuǎn)換效率，是氫燃料動(dòng)力鋰電池最大的特點(diǎn)。燃料動(dòng)力鋰電池反應(yīng)堆的核心技術(shù)是質(zhì)子交換膜以及催化劑，這些技術(shù)目前緊要被歐美大公司所壟斷，在我國(guó)并沒(méi)有形成太大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。所以反應(yīng)堆被列為核心技術(shù)就很容易理解了，那么儲(chǔ)氣罐為甚么也是核心技術(shù)呢？

▲采用碳纖維+復(fù)合材料制造的氫氣儲(chǔ)氣罐

■密封和耐久性能的好壞，決定了儲(chǔ)氣罐的性能

就如同一個(gè)大國(guó)的裝備制造水平相同，在工業(yè)和民用范疇，密封材料的性能也是掂量一個(gè)大國(guó)制造業(yè)水平的緊要根據(jù)。歐美很多國(guó)家有關(guān)高性能密封材料的配方和制造工藝是絕對(duì)保密的。這就是為甚么在傳統(tǒng)汽車范疇，那些優(yōu)秀性能的剎車系統(tǒng)和汽油柴油直噴射動(dòng)機(jī)的燃油共軌系統(tǒng)都來(lái)自于歐美供應(yīng)商，因?yàn)樗鼈兊暮诵募夹g(shù)就是密封技術(shù)。

▲氫燃料動(dòng)力鋰電池儲(chǔ)氣罐的結(jié)構(gòu)

有關(guān)氫燃料動(dòng)力鋰電池車也是這樣，要想提高續(xù)航里程就要多謝帶氫氣，而能夠儲(chǔ)存氫氣的壓力容器有關(guān)壓力的承受力，就是能夠攜帶氫氣多少的關(guān)鍵。正因?yàn)闅錃獾拿芏群苄。苑堑媒?jīng)過(guò)壓縮甚至是低溫液化后，儲(chǔ)存在壓力容器當(dāng)中才能獲得足夠的能量密度，容器可承受的壓力越大，單位體積內(nèi)攜帶的氫氣就越多。而容器可承受壓力越大，也意味著對(duì)密封性能和抗壓性能的要求越高。豐田Mirai在氫氣儲(chǔ)存方面的性能是世界領(lǐng)先的，并且車型已經(jīng)量產(chǎn)，即便這樣，攜帶5kg的氫氣依然要兩個(gè)很大的儲(chǔ)氣罐，因此占據(jù)了車內(nèi)后部的很多空間，使得整車在造型上有別于傳統(tǒng)電動(dòng)汽車，車尾高度相對(duì)較高。

▲如此巨大的儲(chǔ)氫罐占用了大量空間，并且僅能儲(chǔ)存5kg氫氣

■儲(chǔ)氫罐有關(guān)安全性的設(shè)計(jì)有什么？與三元鋰離子電池相比誰(shuí)更安全？

在整個(gè)燃料動(dòng)力鋰電池車運(yùn)作的過(guò)程中，燃料動(dòng)力鋰電池反應(yīng)堆是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所。它只要源源不斷的供給少量氫氣就可以繼續(xù)工作，倘若發(fā)生氫氣泄漏或者安全事故，可以迅速切斷供應(yīng)氫氣的路徑來(lái)戒備氫氣的燃燒。大家都能想到，最有可能影響燃料動(dòng)力鋰電池車安全性的是儲(chǔ)氣罐。

所以在設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣罐時(shí)非得充足考慮安全碰撞問(wèn)題：一方面儲(chǔ)氣罐的殼體材料要夠輕，另一方面要有足夠的強(qiáng)度用于耐受撞擊。因此，儲(chǔ)氫罐一般都是以成本高昂的碳纖維及其它復(fù)合材料組合而成。但是，我們了解，不管用多么堅(jiān)固的材料制造儲(chǔ)氣罐殼體，也只是在一定的速度條件下，能保障碰撞的安全性。然而實(shí)際道路行駛時(shí)的速度，肯定要遠(yuǎn)高于試驗(yàn)室做安全碰撞的速度，那么一旦儲(chǔ)氫罐破碎，造成氫氣泄漏與空氣混合在一起是否就會(huì)馬上發(fā)生爆炸呢？

事實(shí)上，在儲(chǔ)氫的設(shè)計(jì)中都考慮到了這一點(diǎn)。正因?yàn)閮?chǔ)氫罐內(nèi)部的氫氣壓力很大，所以在儲(chǔ)氣罐上設(shè)計(jì)有緊急泄壓閥，一旦發(fā)生氫氣泄漏或著火，緊急泄壓閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)并迅速釋放儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氫氣。我們了解氫氣的密度比空氣小得多，并且非得與氧氣結(jié)合才能出現(xiàn)燃燒或者爆炸，被高壓釋放的氫氣在靠近儲(chǔ)氣罐的部分由于壓力高流速極快，沒(méi)有什么機(jī)會(huì)與氧氣接觸，而遠(yuǎn)離儲(chǔ)氣罐的氫氣由于其密度小的特點(diǎn)，又會(huì)迅速的在空氣中上升。即便這個(gè)時(shí)候空氣當(dāng)中有明火能夠滿足引燃條件，那么也僅僅只是在空氣上空形成一個(gè)火球，并不會(huì)對(duì)人員造成傷亡。這種高速釋放氫氣的技術(shù)也同樣被使用在加氫站的大型儲(chǔ)氣罐之中。

▲氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車的核心科技

與三元鋰離子電池相比，氫氣儲(chǔ)存過(guò)程當(dāng)中的安全性應(yīng)當(dāng)是更高的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)隔絕氧氣，或者迅速釋放的方式，讓危險(xiǎn)的氫氣迅速逃離人群，某種意義上來(lái)講甚至比液態(tài)的汽油更安全。而三元鋰離子電池會(huì)隨著時(shí)間的推移電池的老化，有可能在內(nèi)部發(fā)生短路的現(xiàn)象，或者因外力的撞擊導(dǎo)致內(nèi)部的短路自燃。最可怕的是，無(wú)論是由內(nèi)而外引發(fā)的自燃還是由外而內(nèi)導(dǎo)致的燃燒，過(guò)程中都會(huì)釋放大量氧氣，這就意味著即便與空氣隔絕，電池也會(huì)越燒越旺。

■氫能源與三元鋰離子電池的發(fā)展前景

在我國(guó)，三元鋰離子電池最大的優(yōu)點(diǎn)，就是在近幾年國(guó)家政策的傾斜鼓勵(lì)下產(chǎn)量得到了極大的發(fā)展，可以說(shuō)我國(guó)公司是掌握其核心技術(shù)的，并且一躍成為了全球最大的鋰離子電池加工國(guó)，成本得到了極大的降低，已經(jīng)完全形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)。而氫燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)，無(wú)論是反應(yīng)堆催化劑的工藝配方，還是儲(chǔ)氣罐的核心技術(shù)，我國(guó)都沒(méi)有形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)，所以成本極高。但是我國(guó)卻又非常具備發(fā)展氫能源的產(chǎn)業(yè)條件，每年國(guó)內(nèi)石化行業(yè)出現(xiàn)的氫氣副產(chǎn)品足夠用于車輛使用，氫氣獲得成本比較低，而且不要依靠電解水這種高耗能的方式獲得氫氣，這為大規(guī)模發(fā)展燃料動(dòng)力鋰電池汽車奠定了良好的基礎(chǔ)。