可视化:电池与氢燃料电池那个好「石墨烯电池和氢燃料电池」

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电池电动与氢燃料电池

自 Nissan Leaf（2010）和 Tesla Model S（2012）推出以来，电池驱动的电动汽车（BEV，Battery-powered Electric Vehicle）已成为汽车行业的主要焦点。

这种结构性转变正在以惊人的速度发生 - 在中国，2021 年售出了 300 万辆 BEV，高于前一年的 100 万辆。与此同时，到 2024 年，美国可供出售的车型数量预计将翻一番。

然而，为了实现全球气候目标，国际能源署（IEA，International Energy Agency）声称汽车行业每年需要多出 30 倍的矿物质。许多人担心这会导致供应紧张。

值得庆幸的是，BEV 并不是交通运输脱碳的唯一解决方案。在本文的信息图中，我们解释了燃料电池电动汽车（FCEV，Fuel Cell Electric Vehicle）的工作原理。

氢燃料电池如何工作？

FCEV 是一种不产生排放的电动汽车（除了生产的环境成本）。主要区别在于 BEV 包含一个大电池来储存电力，而 FCEV 则使用氢燃料电池自己发电。

让我们回顾一下主要 FCEV 组件的功能。

电池

首先是锂离子电池，它储存电力为电动机供电。在 FCEV 中，电池更小，因为它不是主要电源。一般来说，Model S Plaid 包含 7,920 个锂离子电池，而 Toyota Mirai FCEV 包含 330 个。

氢燃料箱

FCEV 有一个燃料箱，可以以气体形式储存氢气。不能使用液态氢，因为它需要低温（-150°C 或 -238°F）。氢气和氧气是氢燃料电池的两个输入。

燃料电池堆和电机

燃料电池使用氢气发电。用外行的话来解释这个过程，氢气通过电池并分裂成质子（H ）和电子（e-）。

质子通过电解质，这是一种液体或凝胶材料。电子无法通过电解质，因此它们采用外部路径。这会产生电流来为电机供电。

排气

在燃料电池过程结束时，电子和质子相遇并与氧气结合。这会引起化学反应，产生水（H2O），然后从排气管中排出。

哪种技术获胜？

从下表可以看出，大多数汽车制造商已将重点转向 BEV。值得注意的是，BEV 集团缺失全球最大的汽车制造商丰田（Toyota）。

氢燃料电池受到了业内知名人士的批评，包括特斯拉（Tesla）首席执行官埃隆·马斯克（Elon Musk）和大众汽车（Volkswagen）首席执行官赫伯特迪斯（Herbert Diess）。

丰田和现代（Hyundai）处于对立面，两家公司都在继续投资燃料电池的开发。然而，它们之间的区别在于，现代（和姊妹品牌起亚 Kia）仍然发布了几款 BEV。

对于丰田来说，这是一个令人惊讶的错误，它开创了普锐斯（Prius）等混合动力汽车的先河。有理由认为，在这次成功之后，BEV 将是自然而然的下一步。正如《连线》（Wired）报道的那样，丰田将其所有芯片都放在了氢能开发上，而忽略了大多数行业正在以不同方式发展的事实。意识到自己的错误并需要争取时间，该公司已诉诸游说反对采用电动汽车。

丰田预计将在 2023 车型年发布其首款 BEV，即 bZ4X 跨界车 - 自特斯拉推出 Model S 以来已有十多年。

燃料电池采用的挑战

一些挑战阻碍了 FCEV 的广泛采用。

一是车内性能，尽管差异很小。在最大范围方面，最好的 FCEV（Toyota Mirai）被 EPA 评为 402 英里，而最好的 BEV（Lucid Air）获得 505 英里。

两个更大的问题是 1) 氢气的效率问题，以及 2) 加氢站数量非常有限。根据美国能源部（U.S. Department of Energy）的数据，美国全国只有 48 个加氢站，其中 47 个位于加利福尼亚，1 个位于夏威夷。

相反，BEV 在美国拥有 49210 个充电站，也可以在家充电。这个数字肯定会增长，因为拜登（Biden）政府已拨款 50 亿美元用于各州扩大充电网络。