新能源汽车未来趋势论文,新能源汽车未来发展趋势论文

4、燃料电池

燃料电池与传统意义上的电池相比，其更像一个转换工具，因此应用在汽车上的氢燃料电池加注氢气，但是却是纯电驱动；燃料电池更像增程式混动车辆的内燃机，在结构方面，燃料电池与传统电池的组成相同。

燃料电池的工作原理是，电池内发生氧化还原反应，燃料气体与氧化气体从电池的正极和负极分别进入，燃料气在正极处释放电子，电子从电路前往阴极与氧化气发生反应产生离子，再通过电解质回到正极上；而与传统蓄电池不同，因为一般电池储存的的能量是有限的，再多也有用完的时候，而燃料电池本身并不存有能量，能量是在反应中源源不断产生的，所以从原则上说，只要反应物质一直在输入，燃料电池也就可以一直发电。

与其说燃料电池是一种电池，燃料电池更像一个发电装置，在原材料充足的情况下，可以一直工作，但问题也是由于燃料电池不像储能装置，所以燃料电池驱动的汽车需要以另一种形式发电，其定位类似纯电驱动和增程式混动，所以燃料电池汽车是单独的一个类别。

氢燃料电池（RFC）

目前主流的燃料电池就是以氢气为燃料的的氢燃料电池，氧气通过电化学反应后通过电池内的质子交换膜产生电能。由于氧气和氢气反应产生的是水，而水又可以转化为氢气和氧气，反应过程中不释放一氧化碳、碳化氢、氮化物和二氧化碳等对环境有影响的物质，从上世纪六十年代开始，氢燃料电池已经用在了人类尖端的航空飞行器上，进入现代，由于制氢技术的逐渐发展，氢燃料电池开始向小型化微型化发展。

在现阶段，氢燃料电池的热发电效率达到了65%—85%，其体积能量密度高达1000—1200Wh/L，重量能量密度远超三元锂电池，达到500—700Wh/kg，在合理的环境温度下运行，启动时间非常短，0—20秒内就可达到满负荷工作，寿命可达到10年，与内燃机相比，没有任何震动、不排放废气、批量生产成本可以降低到100—200$/kw。将氢燃料电池用于电动车,与现今使用的绝大多数纯电驱动车辆相比，除制造成本和使用成本外,其性能均占有优势。

2014年12月15日，丰田发布了首款量产的氢燃料电池汽车Mirai，相比其它仅仅停留在概念车层面的车辆有了极大的进步，Mirai的售价为723.6万日元左右（约44万人民币），经政府补贴后，实际的售价在520万日元左右（约31万人民币），上市首月的订单就达到1200辆。

目前，氢燃料的售价约为1000日元/千克，丰田Mirai的储氢罐可储存5千克氢气，加满氢气仅需3-5分钟，加注后可行驶650千米，每公里的成本约为8日元（约0.49元人民币），所以从用车成本上说，氢燃料电池车的用车成本更高，这与日前大部分国人购买新能源汽车的初衷不同。

丰田Mirai采用了全新的底盘架构，以及新型的电池与储氢罐，Mirai全套的氢燃料电池驱动系统包括储氢罐、燃料电池堆、升压变频器、驱动电机以及动力控制单元等

氢燃料电池汽车的续航和加注燃料的时间与普通内燃机汽车无异，明显优于纯电动汽车，但其发展问题关键是加氢站的建设，在2019年，较先上市氢燃料电池的英国，全英只有八座加氢站。为了使更多的氢燃料电池汽车上路，丰田无偿地对外公开了约5680项燃料电池相关专利，希望以此鼓励其他汽车厂商推出燃料电池汽车，降低加氢站等基础设施的建造和使用成本。

5、超级电容器

区别于传统电容器，超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置，可以像电容器一样实现快速充放电，又可以跟电池一样实现储能的作用。

超级电容器一般分为两种；一种被称为双电层电容器，当电极与电解液发生接触后，在库仑力、分子力以及原子力的作用下，纯静电电荷在电极的表面通过直接吸附产生储存的能量；另一种则被称为法拉第准电容器，通过表面的金属氧化物或高分子聚合物，在其附近发生氧化还原反应，产生法拉第准电容，从而实现对能量的储存与转换。

与蓄电池和传统物理电容器相比，超级电容器主要有以下几种优点：

(1)功率密度高：5—30kw/kg,是锂电池的数十倍，而且功率密度越高，其充电速度越快，充电5秒钟，使用五小时成为可能。

(2)循环寿命长：由于其工作原理所决定，充放电过程不会产生损耗，因此可以实现在充放电循环100万次后，内阻仅降低20%

(3)工作温限宽：传统蓄电池材料以及原理对环境的要求较高，而超级电容器在低温状态下离子的吸附和脱附速度变化不大，因此商业化电容器的工作温度范围可以在-40℃—80℃之间。

(4)免维护：了解了传统蓄电池的维护原理后，可以发现超级电容器对过充过放的承受能力更强，因此在理论上是不需要维护的。

(5)绿色环保：生产和使用超级电容器时，不需要使用重金属和一些其他有害的化学物质，而且因其使用寿命更长，所以是一种新型绿色环保的电源。

6、铝空气电池

在理论层面，铝空气电池的能量密度高达8100Wh/kg，但在实际层面，铝空气电池只达到了350Wh/kg，所以还有很大的发展空间；引用一个国外的相关资料，美国科学家在一辆使用铝空气电池的纯电驱动车辆上，在仅更换一次铝电极的情况下，续航里程达到了1600km。

铝空气电池的原理与锌空气电池相同，但是铝空气电池是采用高纯度的铝为负极，以氢氧化钠等高碱度水溶液为电解质，而近几年电池技术的发展重心并不是此种类电池，虽有一定的发展前景，但由于其发展进度较慢，与理论差距过大，因此在近几年内有广泛应用的可能性较低。

7、镁电池

镁电池也是一种比较先进的新型电池，与锂电池不同的是，镁电池以镁作为负极，采用某种金属或非金属氧化物为正极的一种原电池，在其目前的产品中主要分为两种，一种为干电池，另一种为使用时加水的储备型电池。

第二种镁储备型电池的储存寿命很长；在加水活化后就可以使用，活化后半小时内即可工作;其工作电压十分平稳；使用寿命一般为0.5～24小时

与传统锂电池最为重要的区别就是使用材料的不同，而且镁的化学性质更为稳定，但其本身工作原理与锂电池的区别不大，所以镁电池是作为锂电池的一种代替电池，相比固态电池，镁电池主要是使用材料的进步，因此也具有一定的发展前景。

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燃料电池与传统意义上的电池相比，其更像一个转换工具，因此应用在汽车上的氢燃料电池加注氢气，但是却是纯电驱动；燃料电池更像增程式混动车辆的内燃机，在结构方面，燃料电池与传统电池的组成相同。

燃料电池的工作原理是，电池内发生氧化还原反应，燃料气体与氧化气体从电池的正极和负极分别进入，燃料气在正极处释放电子，电子从电路前往阴极与氧化气发生反应产生离子，再通过电解质回到正极上；而与传统蓄电池不同，因为一般电池储存的的能量是有限的，再多也有用完的时候，而燃料电池本身并不存有能量，能量是在反应中源源不断产生的，所以从原则上说，只要反应物质一直在输入，燃料电池也就可以一直发电。

与其说燃料电池是一种电池，燃料电池更像一个发电装置，在原材料充足的情况下，可以一直工作，但问题也是由于燃料电池不像储能装置，所以燃料电池驱动的汽车需要以另一种形式发电，其定位类似纯电驱动和增程式混动，所以燃料电池汽车是单独的一个类别。

氢燃料电池（RFC）

目前主流的燃料电池就是以氢气为燃料的的氢燃料电池，氧气通过电化学反应后通过电池内的质子交换膜产生电能。由于氧气和氢气反应产生的是水，而水又可以转化为氢气和氧气，反应过程中不释放一氧化碳、碳化氢、氮化物和二氧化碳等对环境有影响的物质，从上世纪六十年代开始，氢燃料电池已经用在了人类尖端的航空飞行器上，进入现代，由于制氢技术的逐渐发展，氢燃料电池开始向小型化微型化发展。

在现阶段，氢燃料电池的热发电效率达到了65%—85%，其体积能量密度高达1000—1200Wh/L，重量能量密度远超三元锂电池，达到500—700Wh/kg，在合理的环境温度下运行，启动时间非常短，0—20秒内就可达到满负荷工作，寿命可达到10年，与内燃机相比，没有任何震动、不排放废气、批量生产成本可以降低到100—200$/kw。将氢燃料电池用于电动车,与现今使用的绝大多数纯电驱动车辆相比，除制造成本和使用成本外,其性能均占有优势。

2014年12月15日，丰田发布了首款量产的氢燃料电池汽车Mirai，相比其它仅仅停留在概念车层面的车辆有了极大的进步，Mirai的售价为723.6万日元左右（约44万人民币），经政府补贴后，实际的售价在520万日元左右（约31万人民币），上市首月的订单就达到1200辆。

目前，氢燃料的售价约为1000日元/千克，丰田Mirai的储氢罐可储存5千克氢气，加满氢气仅需3-5分钟，加注后可行驶650千米，每公里的成本约为8日元（约0.49元人民币），所以从用车成本上说，氢燃料电池车的用车成本更高，这与日前大部分国人购买新能源汽车的初衷不同。

丰田Mirai采用了全新的底盘架构，以及新型的电池与储氢罐，Mirai全套的氢燃料电池驱动系统包括储氢罐、燃料电池堆、升压变频器、驱动电机以及动力控制单元等

氢燃料电池汽车的续航和加注燃料的时间与普通内燃机汽车无异，明显优于纯电动汽车，但其发展问题关键是加氢站的建设，在2019年，较先上市氢燃料电池的英国，全英只有八座加氢站。为了使更多的氢燃料电池汽车上路，丰田无偿地对外公开了约5680项燃料电池相关专利，希望以此鼓励其他汽车厂商推出燃料电池汽车，降低加氢站等基础设施的建造和使用成本。

5、超级电容器

区别于传统电容器，超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置，可以像电容器一样实现快速充放电，又可以跟电池一样实现储能的作用。

超级电容器一般分为两种；一种被称为双电层电容器，当电极与电解液发生接触后，在库仑力、分子力以及原子力的作用下，纯静电电荷在电极的表面通过直接吸附产生储存的能量；另一种则被称为法拉第准电容器，通过表面的金属氧化物或高分子聚合物，在其附近发生氧化还原反应，产生法拉第准电容，从而实现对能量的储存与转换。

与蓄电池和传统物理电容器相比，超级电容器主要有以下几种优点：

(1)功率密度高：5—30kw/kg,是锂电池的数十倍，而且功率密度越高，其充电速度越快，充电5秒钟，使用五小时成为可能。

(2)循环寿命长：由于其工作原理所决定，充放电过程不会产生损耗，因此可以实现在充放电循环100万次后，内阻仅降低20%

(3)工作温限宽：传统蓄电池材料以及原理对环境的要求较高，而超级电容器在低温状态下离子的吸附和脱附速度变化不大，因此商业化电容器的工作温度范围可以在-40℃—80℃之间。

(4)免维护：了解了传统蓄电池的维护原理后，可以发现超级电容器对过充过放的承受能力更强，因此在理论上是不需要维护的。

(5)绿色环保：生产和使用超级电容器时，不需要使用重金属和一些其他有害的化学物质，而且因其使用寿命更长，所以是一种新型绿色环保的电源。

6、铝空气电池

在理论层面，铝空气电池的能量密度高达8100Wh/kg，但在实际层面，铝空气电池只达到了350Wh/kg，所以还有很大的发展空间；引用一个国外的相关资料，美国科学家在一辆使用铝空气电池的纯电驱动车辆上，在仅更换一次铝电极的情况下，续航里程达到了1600km。

铝空气电池的原理与锌空气电池相同，但是铝空气电池是采用高纯度的铝为负极，以氢氧化钠等高碱度水溶液为电解质，而近几年电池技术的发展重心并不是此种类电池，虽有一定的发展前景，但由于其发展进度较慢，与理论差距过大，因此在近几年内有广泛应用的可能性较低。

7、镁电池

镁电池也是一种比较先进的新型电池，与锂电池不同的是，镁电池以镁作为负极，采用某种金属或非金属氧化物为正极的一种原电池，在其目前的产品中主要分为两种，一种为干电池，另一种为使用时加水的储备型电池。

第二种镁储备型电池的储存寿命很长；在加水活化后就可以使用，活化后半小时内即可工作;其工作电压十分平稳；使用寿命一般为0.5～24小时

与传统锂电池最为重要的区别就是使用材料的不同，而且镁的化学性质更为稳定，但其本身工作原理与锂电池的区别不大，所以镁电池是作为锂电池的一种代替电池，相比固态电池，镁电池主要是使用材料的进步，因此也具有一定的发展前景。