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(3)高效的输出性能
氢燃料电池工作时将燃料储存的能量转化为电和热,转换电能的效率在 40%以上,而汽轮机只有 1/3 可以转化为电。
(4)灵活的结构特性
氢燃料电池组装非常灵活,功率大小容易调配,与传统发动机相比,由于氢燃料电池良好的模块性可以在不增加基础设施投资的基础上,通过增减单电池的片数即可轻松实现输出功率和电压的调整,所以建设起来也很容易,而且比较容易实现对电网的调控。燃料电池的这一特点提高了系统稳定性。
(5)氢的来源广泛
氢作为二次能源,可通过多种方式获得,如煤制氢、天然气重整制氢、电解水制氢等等。在化石能源被耗尽时,氢将成为世界上的主要燃料及能量。而采用太阳能电解水制氢,过程中没有碳排放,可以认为氢是终极能源。
(6)存在的瓶颈
从现阶段发展来看,氢燃料电池的普及遇到一定的瓶颈,如电池本身成本较高,基础设施尚未普及等。
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锂离子电池特性
(1)电压平台
锂离子电池由于采用的正负极材料不同,其单体电池的工作电压范围为3.7~4V,其中应用规模较大的磷酸铁锂单体电池工作电压为 3.2V,是镍氢电池的 3 倍、铅酸电池的 2 倍。
(2)比能量大
当前乘用车锂离子动力电池的能量密度接近 200Wh/kg,预计 2020 年达到300Wh/kg。
(3)电池寿命短
由于电化学材料特性的制约,锂离子电池的循环次数没有取得突破,以磷酸铁锂为例,单体电池循环次数可以达到 2000 次以上,成组后仅为 1000 次以上。无法满足公交运行 8 年期限的要求。
(4)对环境影响较大
锂离子电池采用轻金属锂,尽管不含汞、铅等有害重金属,被认为是绿色电池,对环境污染较小。但实际上由于其正负极材料、电解液包含镍、锰等金属物,美国已经将锂离子电池归类为一种包含易燃、浸出毒性、腐蚀性、反应性等有毒有害性的电池,是目前各类电池中包含毒性物质最多的电池,并且因为其回收再利用的工艺较为复杂导致成本较高,因此目前的回收再利用率不高,废弃的电池对环境影响较大。
(5)成本依然较高
锂离子电池初期购置成本高,以目前公交车用动力电池主流产品磷酸铁锂电池为例,价格大约在 2500 元/kWh,随着电动汽车的普及,有望在 2020 年降低到 1000 元/kWh以下。由于单体电池成组后循环次数的制约,公交车通常在 3 年左右即需要更换电池,运营单位成本压力较大。
(6)对电网影响较大
首先大规模应用纯电动汽车,由于充电需求较大,充电设备对电网的谐波干扰将会凸显,影响电网的供电质量;其次,在快充时,由于是大倍率充电,因此充电功率较高(乘用车在 50kW、客车在 150~250kW 左右),对电网的负荷冲击较大。
因此,基于目前锂离子电池的技术水平来看,其电动汽车方面的应用主要在行驶里程小于 200km 的短途纯电动汽车中。
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