自動車の重要な電源となる燃料電池VSリチウム電池

数ヶ月前、テスラの最高経営責任者であるイーロン・マスクはドイツのマスコミに、FuelCellは「FoolCell」であると語り、「理論的には絶対確実だとしても、今日のリチウムイオン電池とは一致しない、とても愚かだ」と語った。 。」彼はまた、リチウムイオン電池には未開発の可能性がたくさんあると指摘しています。

一方、gmやトヨタを含むいくつかの自動車大手は、パートナーと燃料電池開発契約を締結しており、今後数年以内に燃料電池車を発売する予定です。トヨタは2011年の東京モーターショーでfcv-r水素燃料電池のコンセプトを発表し、今年の東京モーターショーでは生産モデルを紹介します。トヨタとBMWは、燃料電池を含む4つの分野で協力する契約を締結しました。

ゼネラルモーターズとホンダモーターは、トヨタに加えて、2020年に発売する次世代燃料電池技術を共同開発すると発表した。韓国のヒョンダイモーターは燃料電池車のパイオニアであり、フォード、ダイムラー、ルノー日産が協力している燃料電池技術を開発する。

トヨタは、大量生産される燃料電池モデルSは、BMW 5シリーズまたはテスラモデルSとほぼ同じくらいの費用がかかり、1回の充電で最大300マイル（483km）の範囲で約50,000ドルになると述べた。高い競争力で費用対効果が高い。

それでは、テスラのジェリグであろうとトヨタと他の多くの自動車メーカーであろうと、なぜ燃料電池とリチウムイオン電池の戦いであり、将来電気自動車に電力を供給するのでしょうか。深く潜りましょう。

電気自動車と従来型自動車

現在、多くの電気自動車は、実際、伝統的な自動車の続きであり、人々はそうしています。自動車の動力の伝統的な部分、モーターとバッテリーへの燃料の部分です。

電気自動車には非常に長い歴史があります。 1839年、スコットランドのロバートアンダーソンは、バッテリーと電気モーターをワゴンに取り付け、世界初の電気自動車に変えました。内燃機関の発明は、カールベンツが世界初の三輪ガソリン車を設計および製造し、ゴットリープダイムラーが同じ年に四輪ガソリン車を製造した1885年10月まで40年以上遅れました。 2人は独自の自動車会社を設立し、1926年にダイムラーベンツに合併しました。

電気自動車は、1885年から1915年までの歴史の中で3つの開発期間を経験しており、電気自動車の最初の黄金時代でした。この時期、内燃機関の技術はかなり後退しているため、走行距離が短く、多くの故障、メンテナンスの問題、電気自動車、この時期の電気自動車が一般的に認識されています。アメリカ合衆国大統領は、内燃機関ではなく電気自動車によって運転されていました。

第2段階の1960年代には、中東戦争による石油危機を背景に、米国のゼネラルモーターズ社とフォードモーターズ社がそれぞれ新しい電気自動車を開発しました。シトロエンとプジョーは、既存のモデルを小型電気自動車に改造しました。機会として、世界は電気自動車の波を引き起こしました。

第三段階は1990年代で、リチウム電池技術の進歩、コスト削減、電気自動車の性能が大幅に向上しました。最終的にテスラ、日産、その他の電気自動車の量産を達成しました。

電気自動車の歴史から、電気自動車と従来の内燃機関車は実際に並行して開発され、互いに競合していることがわかります。電気自動車の性能、コスト、ユーザーエクスペリエンスが内燃機関よりも高い場合、電気自動車は開発の黄金期を迎えます。しかし、内燃機関の技術が進歩し、ユーザーエクスペリエンスが電気自動車のそれを超えると、電気自動車は沈黙します。

電気自動車の性能における重要な要素：パワーバッテリー

電気自動車の場合、性能、コスト、ユーザーエクスペリエンスが内燃機関車を追い抜くことができるかどうかの鍵は、パワーバッテリーです。

エンジンとギアボックスが機能するため、車に電力を供給するために車を動かすことができます。電気自動車は、電力を供給するためのバッテリーと電気モーターです。 100年の開発の後、モーター技術は非常に成熟しました。

単位重量の力に関係なく、効率、寿命、コスト、制御は、エンジンよりもはるかに優れています。同じ出力のモーターは、エンジンよりも安価で、長持ちし、メンテナンスが容易な傾向があります。理論的には、電気自動車は内燃機関よりもはるかに競争力があるはずであり、問題はバッテリーにあります。

ご存知のように、車の動きにはエネルギーが必要です。内燃機関車のエネルギーはガソリンまたはディーゼルの燃焼から発生し、熱エネルギーは運動エネルギーに変換されます。バッテリーはモーターを使用して電気エネルギーを運動エネルギーに変換します。現在、電気自動車の問題は、同じ重量、同じ体積であり、ガソリンやディーゼルよりもはるかに少ないエネルギーを提供することです。つまり、エネルギー密度が低くなります。

したがって、300キロメートルも走り、ガソリン車は30リットルの燃料タンクしか必要とせず、20キログラム以上のガソリンしか必要とせず、高度なリチウムイオン電池電気自動車を使用しても、600キログラム以上の巨大なバッテリーパックが必要です。保護回路は言うまでもなく、バッテリーパック自体が重量を保護します。

鉛蓄電池は、ファミリーカーの通常の重量と比較して、1〜2トンの重いバッテリーパックを必要とします。

エネルギー密度に加えて、電力密度の概念もあります。パワーバッテリーが解放できる最大電流は制限されており、電圧も制限されています。モーター出力が非常に高くても、バッテリーの瞬時放電能力は良くなく、電気自動車の性能に影響を与えます。

パワーバッテリーの分類

現在、電気自動車用のパワーバッテリーには多くの種類がありますが、実際に実用的なものはほとんどありません。多くのバッテリーがこれまたはその問題を抱えているからです。世界のほとんどのメーカーがリチウム電池を選択しています。詳細には、リチウム三元電池、リチウム鉄リン酸塩電池、リチウムマンガン電池が含まれます。しかし、それらはすべてリチウム電池のカテゴリーに分類されます。

水素燃料電池も空気亜鉛電池も充電式電池ではありません。代わりに、他の材料（水素と亜鉛）を消費して発電します。

一般的にパワーバッテリーの補助的な用途として、さらにいくつかの代替バッテリーがあります。以下では、さまざまな種類のバッテリーの特性と、車の長所と短所について説明します。

水素燃料電池

最初に、水素燃料電池は、ジェリーゴが「ダム」セルとしてランプーンしました。燃料電池は新しいものではありません。彼らは、ドイツの化学者が燃料電池理論を考案した1838年にさかのぼります。本当にリードしたのは1955年で、米国のgeエンジニアが実用的な水素燃料電池を作り、その後、宇宙探査計画のアメリカのデュオに適用されました（逸脱、興味のある人は「地球から月へ」のドキュメンタリーを検索できます。アメリカのデュオ計画を参照してください、アポロ計画、そして中国の有人宇宙計画、月の女神計画を見てください）。

1991年に自動車用に開発された水素燃料電池は、今日の水素燃料電池の供給源です。

他のタイプのバッテリーに対する水素燃料電池の最大の利点の1つは、エネルギー密度が高いことです。実験室では1キログラムあたり3キロワット時に達する可能性があり、これは他のタイプのバッテリーよりもはるかに高い値です。車はより小さなサイズと重量で使用でき、より長いバッテリー寿命を提供します。

しかし、水素燃料電池には問題があります。

まず、価格。水素燃料電池のコア部分は、プロトン交換膜と白金触媒であり、どちらも非常に高価な材料です。コストに関係なく、航空宇宙で使用できます。現在の価格は150万から200万元で、燃料車やリチウム電池の電気自動車よりもはるかに高い。

第二に、燃料の供給源と貯蔵。水素燃料電池には水素が必要ですが、これは産業チェーンではサポートされていません。製造、輸送、保管、給油は非常に不便です。

水素燃料電池車は、ユーザーエクスペリエンスの観点からは長い道のりがあります。ジェリーゴの水素燃料電池の「ダムセル」としての風刺は、完全に不合理ではありません。

（2）空気亜鉛電池

空気亜鉛電池も1878年にまでさかのぼる長い歴史があります。空気亜鉛電池は、私たちが使用する乾電池に非常によく似ており、実際、亜鉛空気電池は多くの分野で乾電池に取って代わりつつあります。

空気亜鉛電池のエネルギー密度は高く、1キログラムあたり最大0.3キロワット時であり、リチウム電池よりも高く、安価です。亜鉛はリチウムよりはるかに安いです。

しかし、空気亜鉛電池には2つの問題があります。

まず第一に、電力密度は低いです。空気亜鉛電池を使用した電気自動車の航続距離はリチウム電池の電気自動車に劣りませんが、加速性能や上昇性能が非常に悪く、実用性も良くありません。

第二に、産業チェーンが一致していません。空気亜鉛電池は水素燃料電池に似ており、材料を交換する必要があります。空気亜鉛電池は、酸化亜鉛を金属亜鉛に置き換える必要があります。これには、発電所、電解亜鉛工場、亜鉛電池工場、自動車電池交換ステーションなどからの一連のサポート産業チェーンが必要です。これはすべてゼロから始まりますが、リチウムイオン電池よりもはるかに成熟しておらず、実用化にはほど遠いです。

（3）フライホイールバッテリー

フライホイールバッテリーは、ここ数十年で開発された新しいタイプのバッテリーです。化学エネルギーを電気エネルギーに変換する従来の化学電池ではなく、高速回転するフライホイールを内蔵し、フライホイールの運動エネルギーを利用してエネルギーを蓄える電池です。

フライホイールバッテリーには、化学物質、爆発性燃焼、その他の安全上の問題がなく、温度変化、過酷な環境、非常に長いサイクル寿命を恐れません。さらに価値があるのは、フライホイールバッテリーの電力密度が最大5〜10kw / kgと非常に高く、他のタイプのバッテリーよりもはるかに高いことです。エネルギー密度はリチウム電池に似ていますが、高い電力密度は優れた車両加速性能をもたらし、エネルギーが回収されたときにより多くの電力に耐えることができます。

ポルシェ918コンセプトカーでは、副操縦士の位置はフライホイールエネルギー貯蔵システムですフライホイールバッテリーが唯一の弱点は高価であり、技術、性能、セキュリティ、フライホイールバッテリーは車の使用に非常に適していますが、高価格は意味されていました高級車やスーパーカーにしか登場せず、車で一般に出ることはできませんでした。

（iv）リチウム電池

リチウム電池は1970年代にさかのぼることができ、最も広く使用されている電池です。

実際、自動車用のリチウム電池にはいくつかの種類があります。テスラが使用している最新のパナソニックバッテリーは、3ウェイリチウムバッテリーです。スリーウェイリチウム電池は、エネルギー密度、電力密度、安全性のバランスが取れています。

テスラの利点は、ソフトウェアで充電および放電する際のセキュリティ問題を解決することです。トリリチウム電池本来の安全性を車に適用できるように。

ただし、テスラの電源管理技術ではパンクの問題を解決できないため、バッテリーパックの保護を強化することによってのみ解決できます。極端な衝突の場合、強い衝撃力がバッテリーパックの保護を破り、テスラは依然として発火して爆発しますが、高強度の保護は所有者に逃げる時間を与えます。

リン酸鉄リチウム（bydのいわゆる鉄電池）は広く使用されている電池です。その利点は、比較的安全であるということです。優れた電力密度、高い放電率、優れた加速性能を備えています。サイクル寿命の点では、リン酸鉄リチウムにも利点があります。その長期使用コストは比較的低いです。

リン酸鉄リチウムの欠点は、エネルギー密度が比較的低く、同じ重量と範囲では利点がないことです。また、低温性能が悪く、寒い日は多くの電力を失います。

一般的に、リン酸鉄リチウムは依然として有望なパワーバッテリーと見なされています。

マンガン酸リチウム電池は、日本企業で広く使用されています。低温性能が良く、リン酸鉄リチウムよりも低温電力損失が少なく、価格が低く、安全性が低いという利点がありますが、悪くはありません。しかし、材料自体はあまり安定しておらず、ガスを生成しやすいです。

概要：

現在の技術から、水素燃料電池と空気亜鉛電池は、サポートするための新しい産業チェーンを構築する必要がありますが、これには長い時間と多くの投資が必要であり、どちらにも弱点があり、競争力が弱く、期待はあまりありません長い間。

フライホイールバッテリーは優れていますが、高価です。大幅にコストを削減する方法を見つけることができれば、フライホイールバッテリーが電気自動車に最適です。つまり、これから長い間、フライホイールバッテリーは一部の超高価な高級車やスーパーカーでしか利用できないということです。

リチウム電池の発明以来、技術の進歩と工業化の拡大に伴い、毎年、わずかな範囲の値下げと容量の改善があります。

2012年以降のテスラの人気は、その最先端のテクノロジーによるものではありませんでした。 2005年、日本はテスラモデルSよりも優れた性能のエリーカを開発しましたが、リチウム電池の価格が高いため、この製品は単なるテスト製品でした。

BydはteslaModelSに匹敵する性能を備えたE9を開発しており、電気自動車およびガソリン車用のプラグインハイブリッド車として、byd qinが間もなく発売され、BMW i3およびi8が発売され、ポルシェ918が発売されます。事前注文済みです。この背後にある理由は、2013年にリチウム電池の価格が許容範囲に引き下げられたためです。

今後数年間で、リチウム電池のさらなる値下げと容量のさらなる改善により、電気自動車とプラグインハイブリッド電気自動車はより安く、より良くなり、電気自動車が燃料車に取って代わるプロセスは始まったばかりです。

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