比较电动汽车电池和燃料电池的能量密度

电池电动汽车 (BEV) 和燃料电池电动汽车 (FCEV) 是两种“零排放”汽车。尽管如下所述，它们都无法实现零排放。FCEV 电池或氢气罐中存储的能量可以通过两种方式测量：

• 能量密度：单位体积的能量，也称为体积能量密度

• 比能：单位质量的能量，也称为重量能量密度。当指燃料本身时，通常使用比能。重量能量密度一词通常用于指燃料箱和其所含燃料的单位质量总能量。

说到氢气，情况就更加令人困惑了。氢气本身非常轻，因此比液体燃料具有更大的比能。然而，未压缩的氢气体积非常大，无法装入任何实用车辆中。压缩或液化氢气需要非常高压的储罐，最终重量会远远超过其中的氢气。例如，丰田 Mirai 将 5 公斤氢气压缩至 700 巴，储存在重达 83 公斤的复合储罐中，重量密度为 5.3%。汽车或卡车中氢气罐的重量能量密度远低于装有液态石油燃料的储罐。

燃料箱的重量能量密度取决于油箱的大小；油箱越大，能量密度越高。这是因为体积会随着尺寸的立方而增加，而制造油箱的材料取决于表面积，而表面积会随着尺寸的平方而增加。想象一个立方体，每边长一米，壁由重 1 千克/平方米的材料制成。这 将储存一立方米的燃料，外表面积为六平方米，重量为 6 千克/平方米。如果尺寸增加到两米，体积则为八立方米，表面积为 24 平方米，重量为 3 千克/平方米。这是一种线性关系，假设壁厚不变，将油箱尺寸增加x将使其单位体积质量除以x。这意味着车辆越大，氢气就越实用。

对于乘用车而言，一旦将燃料电池和辅助电池的额外质量考虑在内，氢气与电池相比几乎没有任何储能优势。最先进的 BEV 和 FCEV 的续航里程和电机电能消耗相当，这证明了这一点。FCEV 的实际能源效率远低于 BEV，因为在生产、运输氢气以及随后用氢气在燃料电池中发电时，能量损失要大得多。

零排放意味着什么？

有三种方式可以认为车辆是零排放的：

尾气排放：这些排放物是车辆在使用过程中直接产生的。根据这一定义，BEV 和 FCEV 通常被认为是完全零排放的。然而，即使这样也不完全正确。颗粒物排放是导致呼吸系统疾病的重要原因，主要由使用过程中刹车和轮胎的腐蚀引起。

运行排放：这些排放包括尾气排放和为车辆提供能源所产生的任何排放。对于化石燃料汽车，这包括发动机燃烧燃料产生的排放、油罐车向加油站提供燃料以及燃料精炼产生的排放。电动汽车的排放来自发电和电力供应。如果使用煤炭发电，则运行排放量可能高于化石燃料汽车。几乎所有的氢气都是由天然气或煤炭生产的，二氧化碳直接排放到大气中。以这种方式供能的车辆的运行排放量非常高。

生命周期排放：这些排放包括运营排放以及制造车辆和生产制造车辆的材料所产生的排放。电池、燃料电池和高压罐都需要大量能源来生产。这意味着零排放汽车在制造过程中产生的排放量通常比化石燃料汽车更多，这意味着它们有一个碳回收期。

文章转载自微信公众号：汽车研究院auto