4つのパワーバッテリーテクノロジールートの長所と短所の比較

A、水素燃料電池産業チェーン

上流の水素燃料電池産業チェーンでは、水素充填用の水素燃料電池システムの充填ステーションでの水素の生産、輸送、保管が行われます。真ん中は、水素燃料電池システムを形成する電気パイル、統合用の2つの部品のパイルと付属品などの主要コンポーネントの製造です。下流のアプリケーションレベルでは、主に輸送、携帯用電源、固定電源の3方向が含まれます。

第二に、パワーバッテリーは長所と短所を比較します

現在、電源を使用した輸送に関しては、リチウムイオン電池、水素燃料電池、スーパーキャパシタ、アルミニウム空気電池の4つの主要な技術ルートがあります。リチウムイオン電池、スーパーキャパシタ、水素燃料電池は広く使用されており、アルミニウム空気電池はまだ実験室での研究段階にあります。エネルギー供給、リチウムイオン電池、スーパーキャパシタは純粋な電気自動車に適用されますが、外部充電が必要です。水素燃料電池車は外部水素充填が必要ですが、アルミニウム空気電池にはアルミニウムと電解質を追加する必要があります。

長所と短所を比較する4種類の技術ルート

水素燃料電池の特性

（1）良好な環境適合性

水素燃料電池は効率的なクリーンエネルギーであり、水の排出量が少ないだけでなく、非常にクリーンであるため、水質汚染の問題はありません。同時に、燃料電池は、エネルギーを機械的エネルギーに加熱するエンジンのようなものではなく、化学エネルギーを電気エネルギーと熱エネルギーに直接変換するため、高いエネルギー変換効率、低ノイズです。

（2）良好な動作性能

水素燃料電池発電、デバイスの複雑な構成を必要とせず、バッテリーパイルはモジュラーアセンブリにすることができます。たとえば、4.5 MWの発電ユニットには460のバッテリーコンポーネントを搭載でき、このプラントは石炭火力発電所よりもはるかに狭いエリアをカバーします。水素燃料電池は分散型電源装置に適しています。また、火力、水力、原子力に比べて、水素燃料電池発電所の建設期間は短く、拡張が容易で、割賦建設の実際のニーズに完全に応じることができます。水素燃料電池の動作は同時に高品質であり、ピーク負荷特性などの負荷の急激な変化への応答は、低電力変換から定格電力まで数秒で行うことができます。

（3）効率的な出力性能

水素燃料電池は、燃料が蓄えたエネルギーを電気と熱に変換し、電気エネルギー効率が40％を超えると機能し、蒸気タービンの3分の1しか電気に変換できません。

（4）柔軟な構造特性

水素燃料電池アセンブリは、従来のエンジンと比較して非常に柔軟性があり、割り当てが簡単で、出力サイズが優れています。これは、水素燃料電池の優れたモジュール性により、インフラストラクチャへの投資を増やすことなく、単一セルの使用に基づいて、部品数を簡単に増やすことができます。出力電力と電圧の調整を減らすと、構築が簡単になり、グリッド制御の実装が比較的簡単になります。この機能により、燃料電池のシステム安定性を向上させることができます。

（5）水素源

二次エネルギーとしての水素は、石炭からの水素製造、天然ガス改質水素製造、水の電気分解による水素製造など、さまざまな方法で得ることができます。化石エネルギーが枯渇すると、世界の主要な水素燃料とエネルギーになります。そして、炭素を排出しない過程で水の電気分解による太陽水素製造を使用すると、水素エネルギーが究極であると考えることができます。

（6）ボトルネック

現段階の開発時点から、バッテリー自体のコストが高い、インフラストラクチャーがまだ普遍的ではないなど、特定のボトルネックを持つ水素燃料電池の人気が高まっています。

リチウムイオン電池の特性

（1）電圧プラットフォーム

アノード材料によるリチウムイオン電池は異なり、3.7〜4Vの範囲のモノマー電池電圧、3.2Vのより大きなリン酸鉄リチウムモノマー電池電圧の適用は、Ni-Mh電池の3倍、鉛-酸電池2回。

（2）エネルギーよりも大きい

現在の乗用車のリチウムイオンパワーバッテリーのエネルギー密度は約200wh / kgで、2020年には300 wh / kgに達すると予想されています。

（3）バッテリー寿命が短い

電気化学材料の特性の制限により、リチウムイオン電池のサイクルは突破口がありません。リン酸鉄リチウムの場合、モノマーの電池サイクルは、グループの後に1000回以上しか到達できません。 8年間のバス運行の要件を満たすことができません。

（4）環境への影響

軽金属リチウムを使用したリチウムイオン電池は、水銀や鉛などの有害な重金属を含まないものの、環境汚染の少ないグリーン電池とされています。しかし実際には、ニッケル、マンガン、その他の金属を含むアノード材料と電解質として、米国ではリチウムイオン電池が可燃性、浸出性、腐食性、反応性毒性の危険な電池を含むものとして分類され、最も毒性の高い物質です。各種電池セルに搭載されており、リサイクル工程が複雑でコストが高いため、現在のリサイクル利用率は高くなく、廃電池は環境に影響を与えます。

（5）コストはまだ高い

リチウムイオン電池の初期コストは高く、現在主流のバスにはパワー電池製品であるリン酸鉄リチウム電池があります。たとえば、価格は約2500元/ kWhであり、電気自動車の人気により、2020年には1000元/ kWh未満に引き下げられると予想されています。モノマーバッテリーグループのサイクルの制限により、バスは通常3年程度で、バッテリーを交換する必要があり、オペレーティングユニットのコスト圧力がかかります。

（6）グリッドへのより大きな影響

純粋な電気自動車の最初の大規模なアプリケーションは、充電需要が大きいため、グリッド高調波干渉用の充電装置が強調表示され、電力グリッド電源の品質に影響を与えます。第二に、急速充電では、充電率が大きいため、充電電力が高くなり（乗用車は約50 kw、バスは150〜250 kw）、グリッドへの衝突負荷が大きくなります。

したがって、リチウムイオン電池の技術レベルに基づくと、電気自動車は主に、純粋な電気自動車に満たない200km未満のアプリケーションの範囲にあります。

スーパーキャパシタの特性

（1）高い充放電率

高電力密度のスーパーキャパシターは、数百から数千アンペアの電流、充電速度で短時間で放出でき、充電プロセスで数秒から数分で終了できます。超静電容量のバスと路面電車は、この機能を短時間で使用して充電を完了し、車両を前進させます。

（2）長いサイクル寿命

スーパーキャパシタの充電および放電プロセスの損失が最小限であるため、そのサイクル寿命は理論的には無限であり、実際にはバッテリーの10〜100倍の100000倍以上に達する可能性があります。

（3）低温性能は良好です

スーパーキャパシタの充放電は、電極活物質の表面での電荷移動の過程で発生し、ほとんどの場合減衰は非常に小さいため、温度による容量、通常は70％もの低温でのリチウムイオン電池容量の減衰振幅。

（4）エネルギー密度が低すぎる

スーパーキャパシタのエネルギー密度を適用する際のボトルネックの1つは低すぎ、リチウムイオン電池の約1/20、約10 wh / kgにすぎません。そのため、主に高速始動装置やブレーキエネルギー回収装置に使用される主動力の電気自動車、主に補助動力として使用することはできません。

アルミニウム空気電池の特性

（1）低コスト、高エネルギー密度の材料

アルミニウム空気電池のカソード活物質は豊富な金属アルミニウム、安価な環境保護、正の活物質は空気中の酸素、正の視覚容量は無限大です。したがって、アルミニウム空気電池には、軽量、少量、長寿命という利点があります。

（2）主要なテクノロジーは画期的なものではなく、まだラボから出ていません

空気電極の分極と水酸化アルミニウムの沈殿の問題は、市場化に向けた金属空気電池に影響を与える重要な障害の1つであり、大きなボトルネックにあるアルミニウム空気電池の性能の向上です。実験段階であり、商品化からはかなり離れています。

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