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Análisis de la pila de combustible de hidrógeno y de la batería de litio
- Aug 09, 2018 -

Batería de Litio

Una "batería de litio" es un tipo de batería que utiliza un metal de litio o una aleación de litio como material de electrodo negativo y utiliza una solución de electrolito no acuosa. Las baterías de metal de litio fueron propuestas y estudiadas por primera vez por Gilbert N. Lewis en 1912. En la década de 1970, MS WhitTIngham propuso y comenzó a investigar baterías de iones de litio. Debido a las propiedades químicas muy activas del litio metálico, el procesamiento, almacenamiento y uso de litio metal son muy exigentes para el medio ambiente. Por lo tanto, las baterías de litio no se han utilizado durante mucho tiempo. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, las baterías de litio se han convertido en la corriente principal.

Las baterías de litio se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: baterías de metal de litio y baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio no contienen litio metálico y son recargables. La batería de litio-metal de quinta generación de baterías recargables nació en 1996, y su seguridad, capacidad específica, tasa de autodescarga y relación de precio de rendimiento son mejores que las de iones de litio. Debido a sus propios altos requisitos técnicos, solo unas pocas compañías en el país están produciendo baterías de litio de este tipo.

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Celda de combustible de hidrógeno

Una pila de combustible de hidrógeno es una batería que utiliza hidrógeno como elemento químico para almacenar energía. El principio básico es la reacción inversa del agua electrolizada, que suministra hidrógeno y oxígeno al ánodo y al cátodo, respectivamente. Después de que el hidrógeno se difunde hacia el exterior a través del ánodo y reacciona con el electrolito, los electrones se liberan al cátodo a través de una carga externa.

Características de las células de combustible de hidrógeno Las pilas de combustible no contaminantes son ecológicas. Es a través de reacciones electroquímicas, en lugar de combustión (vapor, diesel) o almacenamiento de energía (batería), la solución de energía de respaldo tradicional más típica. La combustión libera contaminantes como COx, NOx, SOx gas y polvo. Como se mencionó anteriormente, las celdas de combustible solo producen agua y calor. Si el hidrógeno se produce a partir de fuentes de energía renovables (paneles fotovoltaicos, generación de energía eólica, etc.), todo el ciclo es un proceso que no produce emisiones nocivas.

La celda de combustible libre de ruido funciona silenciosamente con un ruido de solo alrededor de 55 dB, que es equivalente al nivel de conversación normal. Esto hace que la celda de combustible sea adecuada para la instalación en interiores o donde exista un límite para el ruido en el exterior.

La eficiencia de las celdas de combustible de alta eficiencia puede alcanzar más del 50%, que está determinada por las propiedades de conversión de las celdas de combustible. Convierte directamente energía química en energía eléctrica sin transformación intermedia de energía térmica y energía mecánica (generador).

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Análisis comparativo de pilas de combustible de hidrógeno y baterías de litio

El panorama energético global se acerca a la víspera del gran cambio

A lo largo de la historia de la humanidad, el progreso de la civilización es esencialmente el progreso de la intensidad de la producción de energía. En la primera civilización agrícola, el poder se basaba principalmente en humanos y ganado, madera y otras bioenergías. La potencia de salida fue muy limitada. También estaba limitado por la capacidad de carga de la tierra. La economía solo podría circular a bajo nivel. Después de la revolución industrial en el siglo XVIII, con la máquina de vapor y el motor de combustión interna. Promoción, la energía básica se ha convertido en energía fósil representada por el carbón y el petróleo, la densidad de energía se ha incrementado en cientos de veces, y el PIB finalmente ha roto los grilletes de la "trampa Malthus", mostrando un crecimiento exponencial. En la actualidad, la estructura energética mundial es 33% de petróleo crudo, 24% de gas natural, 30% de carbón, 4% de energía nuclear, 7% de energía hidroeléctrica y 2% de energía nueva. La energía fósil está en una posición dominante absoluta. Pero mirando al futuro, juzgamos que la estructura de la energía humana ha llegado a la víspera de otro cambio importante, y se espera que el petróleo sea completamente reemplazado dentro de 30 años. La energía de hidrógeno representada por las pilas de combustible se convertirá en la nueva fuente de energía líder.

La era del petróleo será completamente reemplazada

El mayor problema que enfrenta el desarrollo de la civilización agrícola en la última etapa es que los recursos limitados de la tierra en última instancia no pueden soportar un mayor crecimiento de la población. Como recurso no renovable, la energía fósil también enfrenta las limitaciones de la escasez de recursos. De acuerdo con la extrapolación lineal del crecimiento del consumo en los últimos 20 años, las reservas probadas mundiales de petróleo solo pueden soportar 30 años. Incluso si el avance tecnológico puede extender la vida del petróleo durante décadas, sigue siendo un día de luz útil, en relación con los seres humanos. La historia que duró al menos mil años todavía no tiene sentido. Además, teniendo en cuenta que el nivel actual de exploración ya es suficiente, la probabilidad de descubrir grandes yacimientos petrolíferos de bajo costo es muy baja, y el costo de extracción del potencial de suministro será cada vez mayor. Esto eventualmente estimulará la rápida aceleración de la comercialización de fuentes de energía alternativas. Por ejemplo, el desarrollo de vehículos con batería de litio está ahora en pleno apogeo, por lo que el agotamiento del petróleo en el sentido económico probablemente llegará antes. En el futuro, quién puede reemplazar completamente el petróleo y convertirse en una nueva generación de combustible para vehículos se convierte en un problema muy crítico.

Pila de combustible vs batería de litio que ganará

En la actualidad, la ruta técnica principal para reemplazar los vehículos de petróleo son las baterías de litio y las pilas de combustible. La mayor ventaja de las pilas de combustible es la alta densidad de energía, que es 120 veces mayor que la de las baterías de litio. Sin embargo, la batería de litio comenzó temprano, el grado de comercialización es mayor, el costo de todo el vehículo es menor y la carga puede utilizar el sistema de red eléctrica existente. En comparación con la red de soporte de toda la hidrogenación y el suministro de hidrógeno de la celda de combustible, el costo debe construirse desde el principio. Inferior. Por lo tanto, el núcleo de la competencia entre los dos es la competencia de la densidad energética frente al costo. La reducción de costos es un problema de ingeniería que puede resolverse mediante la comercialización, mientras que la densidad de energía enfrenta el cuello de botella en el campo de la ciencia básica, básicamente no hay solución. Por lo tanto, la diferencia entre los dos es esencialmente la diferencia entre "dao y tecnología". A largo plazo, las celdas de combustible indudablemente tendrán un mayor potencial y también se espera que se conviertan en la próxima generación de energía básica para vehículos.

El aumento de la densidad de energía es la lógica de la línea principal

Toda revolución energética exitosa en la historia humana tiene una clara línea principal de lógica, que es un aumento de orden de magnitud en la densidad de energía. Si el carbón es 160 veces más alto que la leña, el petróleo es 2 veces más alto que el carbón. La nueva energía solo puede subvertir la red básica perfecta y el soporte industrial establecido por el desarrollo a largo plazo, y revertir su gran inercia de uso, solo con las ventajas de la compactación de la densidad de energía. Esto es similar al principio de velocidad 10x propuesto por el fundador Grove en el campo de TI, es decir, una vez que aparece la nueva tecnología que puede subvertirse con éxito, es básicamente un fuego de estrellas, y es imparable. Por ejemplo, los vehículos de gasolina son 20 años más tarde que los vehículos eléctricos. La tecnología temprana también es más inmadura, pero con la ventaja de una alta densidad de energía, ha reemplazado a los vehículos eléctricos.

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En las últimas décadas, aunque los países promueven vigorosamente los vehículos eléctricos, su proporción sigue siendo muy baja, aún menos del 1%. El núcleo es que los últimos vehículos eléctricos han violado la lógica de la línea principal de mejora de la densidad de energía. Incluso la última generación de carros de baterías de iones de litio, la densidad de energía extrema es solo 1/40 de gasolina, la industria, naturalmente, no puede mejorar 10 veces más rápido. Pero la aparición de las pilas de combustible ha cambiado completamente el status quo. Utiliza hidrógeno como materia prima, la densidad de energía básica es tres veces mayor que la de la gasolina, la eficiencia de trabajo del motor es el doble que la del motor de combustión interna, y la densidad real es seis veces mayor que la de la gasolina. Además, a partir de la historia de la evolución de la energía humana en los últimos 100 años, es esencialmente la historia del ajuste de la relación de hidrocarburos. Cuanto mayor sea el contenido de hidrógeno, mayor será la densidad de energía. El cambio futuro de la energía del carbono a la energía del hidrógeno es la tendencia de los tiempos. Por lo tanto, las pilas de combustible que usan energía de hidrógeno son, sin duda, más representativas de la dirección del desarrollo histórico y es más probable que se conviertan en la fuente de energía básica para la próxima generación.

El rendimiento del vehículo de motor es principalmente la resistencia, el tiempo de carga / carga, la potencia de salida y la seguridad. La densidad de energía de la celda de combustible es mucho más alta que la batería de litio, la capacidad de la batería correspondiente, la capacidad de carga rápida y el alcance de crucero tienen una ventaja natural, incluso en comparación con el auto de lujo superior de la batería de litio Tesla también es una gran ventaja. Sin embargo, su densidad de potencia no es alta y la potencia de salida máxima depende del sistema de batería de alimentación auxiliar. La velocidad máxima correspondiente y el índice de aceleración de 100 kilómetros y la batería de litio no son muy diferentes. En aras de la comparación, seleccionamos el vehículo actual de gasolina de escape 2L, que corresponde al vehículo de batería de litio de 45 grados y al vehículo de batería de combustible de potencia de salida 100KW como punto de referencia analítico.

Comparación de densidad de energía

Como un tipo de batería, la batería de litio es un sistema cerrado. La batería es solo el portador de energía. Debe cargarse por adelantado para funcionar. La densidad de energía depende de la densidad de energía del material del electrodo. Dado que la densidad de energía del material del electrodo negativo es mucho mayor que la del electrodo positivo actualmente, el aumento de la densidad de energía requiere la actualización continua del material del electrodo positivo, como ácido de plomo, níquel y baterías de litio. Sin embargo, el litio ya es el elemento metálico con el menor peso atómico. El material del cátodo con mejor ion de litio es teóricamente solo un electrodo de litio puro, pero la densidad de energía es solo 1/4 de la de la gasolina, y la tecnología comercial es extremadamente difícil. No hay esperanza de abrirse paso. Por lo tanto, el aumento en la densidad de energía de las baterías de litio está sujeto a cuellos de botella teóricos, y el espacio es muy limitado. A lo sumo, se incrementa de los actuales 160Wh / KG a 300Wh / KG. Incluso si alcanza solo 1/120 de la celda de combustible, se puede decir que se pierde en la línea de partida.

Comparación volumétrica de densidad de energía

La principal desventaja de la materia prima de la célula de combustible es que la densidad de energía volumétrica no es alta. Ahora, básicamente, la presurización se usa para resolver este problema. De acuerdo con el modo presurizado actual de 700 atmósferas, la densidad volumétrica de energía es 1/3 de gasolina. También funcionando 300 kilómetros, el volumen del tanque de almacenamiento de hidrógeno de la célula de combustible es 100L, el peso es 30KG, correspondiente al tanque de combustible del vehículo de gasolina es 30L, pero el volumen del motor es 80L más pequeño que el motor de combustión interna, el volumen total no es muy diferente . Los vehículos con batería de litio se dividen en dos rutas técnicas principales: fosfato de hierro terciario y de litio. Las empresas representativas son Tesla y BYD. La densidad de energía ternaria es más alta, pero la seguridad es pobre y se necesita el equipo de protección de seguridad auxiliar. Las dos baterías requeridas para correr 300 kilómetros son 140L y 220L respectivamente, y el peso es de 0,4 toneladas y 0,6 toneladas, que son mucho más altas que la celda de combustible. Mirando hacia el futuro Si la aleación de almacenamiento de hidrógeno y la tecnología de almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura se pueden romper, la densidad de energía del volumen de la celda de combustible aumentará 1.5 veces y 2 veces respectivamente, y la ventaja será más obvia.

Comparación de densidad de potencia

La pila de combustible puede entenderse como un sistema de generación de energía química que utiliza hidrógeno como materia prima, por lo que la potencia de salida es relativamente estable. Para maximizar la potencia de descarga, se debe agregar un sistema de batería de potencia. Por ejemplo, Toyota Mirai es una batería de níquel-hidrógeno de apoyo. Sin embargo, como un sistema de energía abierto, su energía proviene de la entrada externa. La batería adicional de Ni-MH no necesita considerar el problema del almacenamiento de energía. Siempre que sea de 5-8 grados, puede satisfacer la demanda y la duración de la batería no es alta. Hay pocas restricciones de uso. Aunque la eficacia de descarga teórica de las baterías de litio es muy alta, para no dañar la duración de la batería, existen muchas restricciones de uso. En el caso de carga completa, no se puede descargar a gran velocidad, y la descarga rápida solo se aplica al intervalo de 0-80%. Aun así, con una tasa de descarga de 5C, la vida útil del ciclo de la batería en el laboratorio se reducirá a solo 600 veces, y se reducirá aún más a 400 veces en condiciones reales. Por ejemplo, incluso Telsa tiene una potencia máxima de 310 kW, pero la tasa de descarga real es de solo 4 C. . Además, las baterías de litio se usan como sistemas de almacenamiento de energía cerrada con baja densidad de energía, y la descarga de alta potencia y el alto rango de crucero son básicamente difíciles de ser compatibles a menos que el peso de la batería aumente considerablemente. Aunque Tesla usa la batería ternaria de mejor densidad actual, sus componentes de batería pesan casi media tonelada.

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Comparación de seguridad

Además de los indicadores anteriores, la seguridad es indudablemente crítica para los vehículos de motor. Como un sistema de energía cerrado, las baterías de litio son difíciles de ser compatibles con, en principio, alta densidad de energía y seguridad, de lo contrario, son equivalentes a las bombas. Por lo tanto, en la ruta del proceso principal, el fosfato de hierro y litio con baja densidad de energía es más seguro, y la descomposición comienza cuando la temperatura de la batería alcanza 500-600 grados, y básicamente no requiere demasiados equipos auxiliares de protección. La densidad de energía de la batería ternaria utilizada por Telsa es alta, pero no es resistente a las altas temperaturas. Se descompondrá a 250-350 grados y tiene poca seguridad. La solución es conectar más de 7000 baterías en paralelo, lo que reduce en gran medida el riesgo de fugas de una sola batería, e incluso la combinación de un dispositivo de protección de batería complejo. Y varios accidentes en el período inicial, aunque gracias al diseño de seguridad de Telsa, no hubo víctimas, pero en términos del accidente en sí, fue en realidad una colisión muy leve, y el cuerpo no recibió ningún daño, pero la batería estaba encendida fuego. También refleja sus desventajas naturales en términos de seguridad.

Las células de combustible generalmente están preocupadas por su seguridad debido a la inflamabilidad y la explosividad de las materias primas. Sin embargo, como hemos demostrado en la tabla a continuación, la seguridad del hidrógeno no es mala o incluso ligeramente mejor que los dos gases inflamables comunes para la gasolina y el gas natural. Hoy en día, los dispositivos de almacenamiento de hidrógeno para vehículos utilizan materiales de fibra de carbono, que pueden quedar indemnes en la prueba de colisión multiangular de 80KM / h. Incluso si un accidente automovilístico causa una fuga, debido a que la explosión de hidrógeno requiere una alta concentración, generalmente comienza a arder antes de la explosión, pero es difícil de explotar. Además, el gas de hidrógeno es ligero, y el hidrógeno en el sistema de desbordamiento aumentará rápidamente después del incendio, pero el cuerpo y los pasajeros están protegidos en cierta medida. La gasolina es líquida, la batería de litio es sólida, es difícil elevarla en la atmósfera, la combustión está en la parte inferior de la cabina y todo el vehículo se retirará rápidamente. El enlace de almacenamiento y transporte de hidrógeno es muy similar al GNL, pero la presión requerida es mayor. A medida que avanza la comercialización, su seguridad general aún es controlable.

El costo de los vehículos con batería se divide principalmente en el costo del vehículo, el costo de la materia prima y el costo de soporte. En la actualidad, el problema más común para las celdas de combustible es que el costo es demasiado alto, pero desde una perspectiva de desarrollo, a medida que la tecnología avanza y la comercialización aumenta, hay un gran espacio para la reducción de costos. Si la batería de litio tiene en cuenta el costo de expansión del extremo de la red, el costo total de soporte sigue siendo más alto que el de la celda de combustible. El cálculo específico es el siguiente:

Comparación de costos del vehículo

Las baterías de litio, las pilas de combustible y los vehículos tradicionales de gasolina, la diferencia en los costos generales del vehículo se refleja principalmente en el costo del motor, y otros componentes no son muy diferentes. El costo del motor de gasolina 2L es de unos 30,000 yuanes, y es difícil cambiarlo mucho en el futuro. El costo actual de la electricidad de la batería de litio es de 1.200 yuanes / kWh, y se espera que baje a 1.000 yuanes / kWh en el futuro, el vehículo eléctrico de 45 grados, el costo de la batería es de 45.000 yuanes. El costo de la celda de combustible es principalmente el paquete de baterías y el tanque de almacenamiento de hidrógeno a alta presión. Ahora la batería de 100kw está compuesta de 100,000 yuanes. Después de que se espera que la producción anual sea de 500,000 unidades, el costo unitario se reducirá a 30 dólares estadounidenses / KW, es decir, 20,000 yuanes. El costo del tanque de almacenamiento de hidrógeno existente es de 60,000 yuanes, y se espera que baje a 35,000 yuanes en el futuro, con un costo total de 55,000 yuanes. El costo de los tres sistemas de energía no es muy diferente a largo plazo, por lo que el costo total del vehículo no es el problema central.

Comparación de costos de materias primas

El consumo de combustible de un automóvil de gasolina de 2 litros es de 10 litros por cada 100 kilómetros, y el precio de la gasolina es de 5,8 yuanes / litro. El costo es de 58 yuanes. El automóvil de batería de litio consume 17 kilovatios por kilómetro y cuesta 0,65 yuan / kWh. El costo es de 11 yuanes. La celda de combustible consume 9 metros cuadrados de hidrógeno por cada 100 kilómetros. El método de producción de hidrógeno se divide principalmente en agua electrolizada o reacción química, como la producción de hidrógeno a partir del carbón y la producción de hidrógeno a partir del gas natural. El costo del agua electrolizada es principalmente electricidad, con un promedio de 5 grados de electricidad y 1 cuadrado de hidrógeno. El costo es de aproximadamente 3,8 yuanes por cuadrado, pero se puede electrolizar directamente en la estación de repostaje de hidrógeno, lo que permite ahorrar en costos de transporte. Si se utiliza la producción centralizada a gran escala de energía fósil, el costo interno más bajo es de carbón a hidrógeno, que es de aproximadamente 1,4 yuanes / cuadrado, mientras que Norteamérica puede usar gas natural barato a un costo de 0,9 yuanes / cuadrado. Si tomamos el costo del gas de carbón como estándar, el costo de las materias primas por cada 100 kilómetros es de 12,6 yuanes, que no es muy diferente de las baterías de litio.

Comparación de costos combinados

El costo de la estación de reabastecimiento de hidrógeno, la gasolinera y la estación de carga se divide principalmente en costo de la tierra, costo del equipo y costo de construcción. La diferencia se refleja principalmente en el costo del equipo. La gasolinera es básicamente de 3 millones de yuanes, la estación de carga es de 4,3 millones de yuanes, y la estación de reabastecimiento de hidrógeno se estima en 15 millones de yuanes según el estándar japonés actual. El costo total de la estación de repostaje de hidrógeno es de unos 10 millones de yuanes. De acuerdo con la depreciación de 15 años, el volumen de ventas anuales es de 10 millones de metros cuadrados, y el costo de depreciación es de 0,1 yuanes / cuadrado. En pequeña escala, el hidrógeno generalmente se transporta en camiones cisterna. La tasa de flete estimada es de 0,44 yuanes / cuadrado. Después de expandir la escala, la red de tuberías se puede usar para el transporte, y el costo disminuirá a 0,23 yuanes / cuadrado.

Aunque las baterías de litio actualmente dependen de los sistemas de grillas disponibles en el mercado, el costo de su soporte es muy bajo. Sin embargo, si se promueve a gran escala, la redundancia de la capacidad de la red eléctrica existente se agotará, y es necesario expandirse a gran escala en el futuro. Por lo tanto, la estación de carga esencialmente externaliza el costo de soporte a la red, por lo que el costo de la red se agrega al calcular el costo de toda la cadena de la industria. Generalmente, la estación de carga para operación comercial debe alcanzar el estándar de carga rápida al menos una hora. La potencia de la estación de carga correspondiente a 10 pilas de carga debe alcanzar los 600 kW, lo que equivale a la carga de cientos de hogares. El impacto es genial. La red eléctrica correspondiente necesita invertir 1,2 millones de yuanes para expandir la carga, pero las nuevas ventas anuales de electricidad son de solo 930,000 grados, según el costo de comprar electricidad a 0,65 yuanes / kWh, el fin de la red de 15 años para recuperar las estimaciones de inversión, el precio aumentará en una base de costo de 0,18 yuanes / kWh.

Medición del costo final de ventas

La red de ventas de la gasolinera es muy madura, y su nivel de beneficio por hora puede utilizarse como punto de referencia para el rendimiento razonable de la estación de servicio. La diferencia de precio para cada estación de repostaje de hidrógeno es de 0,51 yuanes, y la de las baterías de litio es de 4,9 yuanes por kWh. Bajo la condición del precio de la electricidad, el automóvil con batería de litio apenas puede ser promovido. En la actualidad, el límite nacional para la tarifa del servicio de la estación de carga es de 0,4 yuanes / kWh, pero el trasfondo es dar una gran cantidad de subsidios. Sin embargo, ninguna industria puede depender de los subsidios para el desarrollo a largo plazo. En el futuro, si la eficiencia de carga de las baterías de litio no mejora significativamente, en el proceso de las estaciones de servicio, la rentabilidad de las empresas será significativamente menor que la de las estaciones de servicio y las estaciones de repostaje de hidrógeno. Sin un rendimiento razonable, en las grandes ciudades actuales, los inversores no tienen ningún incentivo para promocionar las estaciones de carga, y la industria, naturalmente, no puede desarrollarse. Sin embargo, la baja densidad de energía de las baterías de litio es demasiado baja. Si la eficiencia de carga se logra a la fuerza, el desafío de ingeniería de la vida del ciclo de la batería será enorme. E incluso si puede lograr una carga rápida en 3 minutos, la potencia de una sola pila de carga debería ser de hasta 1200 kW, y cada estación de carga debe estar equipada con una subestación de 110 kV. Su inversión es de hasta 50 millones de yuanes, cubriendo un área de 5,000 metros cuadrados, y no hay un edificio residencial a unos 300 metros. También es un gran desafío para las grandes ciudades costeras.

Coste total

Combinando todos los costos anteriores, el costo por cada 100 kilómetros de vehículos de gasolina, vehículos de batería de litio, vehículos de celda de combustible actuales y completamente comercializados es de 58, 83, 23 y 20 yuanes. Dado que la diferencia del precio de venta representa una alta proporción del costo de las baterías de litio, consideramos que la inversión en equipos de carga de pilotes es un tercio de la estación de reabastecimiento de hidrógeno, y su beneficio por hora se reduce a 1,4 y el costo integral también es 37 yuanes. La ventaja de costo a largo plazo del vehículo de pila de combustible Sigue siendo muy obvio. De hecho, todas las raíces son que la celda de combustible tiene la densidad de energía más alta. Bajo las mismas condiciones comerciales, el costo naturalmente tiene una ventaja.

Una lógica importante para el desarrollo de vehículos de nueva energía es la conservación de la energía y la protección del medio ambiente, que sin duda es más importante para China. En la actualidad, China no solo está gravemente contaminada por el aire, sino que también depende de las importaciones de petróleo de hasta el 60%, el 85% de las cuales está sujeto al Estrecho de Malaca, controlado por los EE. UU. La seguridad energética se ha convertido en la mayor debilidad de nuestra seguridad nacional. Por lo tanto, una razón importante para que el estado otorgue enormes subsidios a los vehículos de nueva energía es disminuir la dependencia de las importaciones de petróleo. A continuación, comparamos los dos aspectos de la conservación de la energía, la protección del medio ambiente y las limitaciones de recursos, de la siguiente manera:

Comparación de ahorro de energía y protección del medio ambiente

Combustible materia prima de hidrógeno en China es actualmente el medio más económico de la producción de hidrógeno a partir de carbón, la energía de la materia prima de la batería de litio, en China también proviene principalmente de la generación de energía del carbón. Por lo tanto, ambas fuentes de energía se derivan del carbón. Las emisiones de carbono simplemente se transfieren a la parte superior. Por lo tanto, si la energía se ahorra o no depende de la eficiencia de conversión de energía. En la actualidad, los vehículos con batería de litio consumen 17 grados por cada 100 kilómetros, lo que corresponde a 6,8 kilogramos de carbón; las celdas de combustible consumen 9 metros cuadrados por cada 100 kilómetros, una pérdida del 20% en almacenamiento y transporte, que corresponden a 7.3 kilogramos de carbón; los vehículos de gasolina consumen 10 l por 100 kilómetros, las emisiones de carbono equivalen a 10 kg de carbón. De hecho, el efecto de ahorro de energía de los vehículos de nueva energía no es obvio. Su valor central radica en la conversión del consumo de energía primaria del petróleo a las abundantes reservas de carbón de China, lo que alivia los problemas de seguridad energética. Desde la perspectiva de la protección ambiental, las celdas de combustible casi no tienen emisiones de escape, y las baterías de litio tienen solo una pequeña cantidad de emisiones. La contaminación de toda la industria se concentra principalmente en aguas arriba. Sin embargo, en comparación con el tratamiento de las emisiones de escape de los vehículos de gasolina dispersos, el control de la contaminación centralizada aguas arriba es, sin duda, mucho menos difícil. En resumen, la cadena de la industria de pilas de combustible tiene la contaminación más baja y puede considerarse como la mejor energía para vehículos ecológicos.

Comparación de restricciones de recursos

Los catalizadores de pila de combustible usan platino de metal precioso, y el mercado en general está preocupado por sus limitaciones de recursos. En 2015, la demanda global total de platino fue de 270 toneladas, y la principal corriente abajo fue el catalizador, la joyería y la industria de limpieza de gases de escape de automóviles, que representaron el 44%, 34% y 22%. La bicicleta Mirai tiene un consumo de platino de aproximadamente 20 g, que es 10-15 g más alto que el de un vehículo de gasolina. Asumiendo que los vehículos con celdas de combustible representan el 5% de la producción anual del mundo, el aumento promedio anual del consumo es de alrededor de 56 toneladas, lo que parece ser un gran shock. Pero bajo la misma suposición, el consumo promedio anual de recursos de litio es de 80,000 toneladas, lo que corresponde a un mayor impacto en la producción anual de 40,000 toneladas. Esto ha sido probado por el aumento en los precios del mineral de litio este año. Y el objetivo de optimización a mediano plazo de Toyota es reducir el consumo unitario de platino en un 75% y lograr la recuperación de platino del catalizador. Las restricciones de recursos de Platinum se resuelven básicamente al lograr cualquiera de los objetivos anteriores.

Comparación de comercialización

Desde la perspectiva de la comercialización, las pilas de combustible y los vehículos con batería de litio se han separado aproximadamente cinco años, y aún están en vísperas de la comercialización. Se espera que la explosión sea alrededor de 2020. Actualmente, los principales países tecnológicos del mundo son Japón y Estados Unidos, especialmente Japón, que es casi único en el campo de los vehículos de pasajeros. En 2015, Mirai, que se produce en masa, básicamente alcanzó el estándar de entrada para la comercialización. En contraste, China ha logrado grandes logros en el campo de la industrialización de celdas de combustible. Solo Beiqi Foton y SAIC han producido autobuses con celdas de combustible para los Juegos Olímpicos de 2008 y la 10ma Exposición Mundial, y todavía están en etapa de demostración técnica. Sin embargo, la ventaja de China es que la economía es grande, y con la madurez de la tecnología de pila de combustible, tiene la capacidad de ponerse al día rápidamente.

El futuro de la energía y la reconstrucción de los sistemas industriales

En la actualidad, la energía global como un todo se deriva de la energía de borde generada por la fusión nuclear solar, y la potencia de salida total es 1.8 * 1013. Según el índice de Caldasov, todavía está en la etapa de la civilización a nivel de estrella. En el futuro, debemos seguir avanzando, y debemos lograr una fusión nuclear controlable, y solo así podremos alcanzar la condición inicial de la civilización de 1016 estrellas. En ese momento, 1 kilogramo de isótopo de hidrógeno puede generar cientos de millones de kilovatios de electricidad, el equivalente a 1 kilogramo de agua de mar equivale a 300 litros de energía de la gasolina, el agua y el aceite también pasarán de ser un sueño a la realidad, la energía ya no convertirse en un problema que afecta el desarrollo humano. problema. El costo de la producción de hidrógeno a partir de agua electrolizada será extremadamente bajo, y la fusión nuclear controlada + la energía de hidrógeno se convertirán en la combinación definitiva de la estructura de la energía. El aceite puede liberarse por completo del campo de combustible de gama baja. El costo de varias materias primas a base de petróleo se reducirá en un grado imaginable, y traerá infinitas posibilidades para la reconstrucción de sistemas industriales humanos en el futuro. Será un tiempo muy bello!

A lo largo de la historia de la humanidad, cada revolución energética generará la reconstrucción de todo el sistema industrial, e incluso de los líderes de los principales países del mundo. La primera revolución industrial convirtió a Gran Bretaña y la segunda revolución industrial en Estados Unidos. Si el vehículo de celda de combustible puede reemplazar completamente el vehículo de petróleo en el futuro, todo el sistema industrial establecido por el aceite de apoyo se subvertirá. El valor de las ventajas tecnológicas acumuladas por los países desarrollados en la era del motor de combustión interna en los últimos 200 años se reducirá en gran medida, lo que a su vez le da a China la oportunidad de alcanzar la esquina. Si podemos comprender esta oportunidad histórica, se espera que se convierta en el país líder del sistema industrial de próxima generación. Siendo el primer país que desarrolló baterías de litio, Japón básicamente ha abandonado la investigación y el desarrollo de vehículos con baterías de litio y celdas de combustible totalmente atacadas. La lógica detrás de esto es digna de nuestro profundo pensamiento.


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