“我國企業(yè)研發(fā)的氫燃料電池的樣車性能水平比較先進,可以說是國際先進水平,但比起國際上的領(lǐng)先者的水平還有較大差距?!比珖鍧嵠囆袆訁f(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組專家組組長、“863”計劃“節(jié)能與新能源汽車”重大項目辦公室特聘專家王秉剛教授認為,“這是比較客觀的評價。
“節(jié)能與新能源汽車”重大項目辦公室是科技部高新司(“863”計劃現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域辦公室)下轄的該項目的管理機構(gòu)。
受國家超十億元開發(fā)資金支持的刺激,目前國內(nèi)汽車企業(yè)爭相加入了氫燃料電池汽車研究的行列。
除了上汽、奇瑞等在“十五”期間就參與研發(fā)的企業(yè)之外,北汽福田也已加入進來。另外上汽也從氫燃料電池轎車領(lǐng)域進入到了客車領(lǐng)域。
在氫燃料電池轎車研發(fā)方面,以榮威750為基礎(chǔ)的“上海牌”燃料電池轎車是中國研發(fā)的第四代氫燃料電池轎車,代表了目前中國最先進的水平。其氫燃料電池動力系統(tǒng)由上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司開發(fā)。
與第三代燃料電池轎車“超越三號”相比,“上?!迸迫剂想姵剞I車的整車動力性能更加強勁、高效。0至100公里加速度由19秒減至15秒,一次性充氫連續(xù)行駛里程從230公里延至300公里以上,最高時速從120公里升至150公里。此外,它的集成化程度更高,整車的穩(wěn)定性、可靠性也得到進一步提升。
同樣搭載第四代動力系統(tǒng)的上海大眾帕薩特領(lǐng)馭、奇瑞東方之子最高時速都可達150公里,0~100公里的加速時間小于15秒,加注一次氫氣可行駛300多公里,這些性能與國際先進水平差距不大。
此外東風(fēng)汽車也進入了氫燃料電池汽車領(lǐng)域。2004年8月,東風(fēng)汽車與武漢理工大學(xué)合作,以愛麗舍為平臺,研制出氫燃料電池轎車——“楚天一號”。它搭載一個25千瓦氫燃料電池作為動力,最高時速為103公里,但續(xù)航里程較短。
氫燃料電池客車研發(fā)方面,2002年初,清華大學(xué)作為牽頭單位,與東風(fēng)汽車公司、北京客車總廠等五家單位組成了總體組,承擔(dān)國家“十五”“863”計劃燃料電池城市客車研制項目。清華大學(xué)也成立了北京清能華通科技發(fā)展有限公司作為產(chǎn)業(yè)化載體。
目前,國內(nèi)最新的氫燃料電池客車最大速度達到90公里/小時,一次加氫最大行駛里程達到300公里,發(fā)動機輸出功率達到100千瓦。這與國際領(lǐng)先水平相比還有較大差距。
2007年11月15日,中國燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項目第二期啟動,將為上海招標(biāo)采購3~6輛適合上海城市公交工況的燃料電池公共汽車,進行為期兩年的示范運行。
有關(guān)專家建議,中國已經(jīng)自主研發(fā)出了燃料電池大客車,中國政府也投入了很多資金。國外的燃料電池大客車價格很高,為了促進中國政策的制定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的建立,建議中國的燃料電池大客車也能加入到示范運行的行列中。
在發(fā)動機、整車控制技術(shù)方面,國內(nèi)的水平盡管與國際領(lǐng)先水平有差距,但這不是發(fā)展氫燃料電池最主要的困難。關(guān)鍵的問題還在于氫燃料電池和動力電池的壽命問題。
王秉剛表示,國內(nèi)目前的氫燃料電池的穩(wěn)定壽命還在2000小時左右,大大低于國際的七八千小時。動力電池的使用壽命不到2年時間,而日本最先進的是3至5年。
而且值得注意的是,跨國公司已經(jīng)介入了國內(nèi)燃料電池汽車領(lǐng)域。
2004年,上汽與通用簽訂了清潔能源汽車戰(zhàn)略合作框架協(xié)議,雙方達成協(xié)議:通用“氫動三號”氫燃料電池汽車從2005年第一季度開始在中國進行為期兩年的示范運行。以通用汽車在2002年推出的“氫動三號”為基礎(chǔ),由泛亞汽車技術(shù)中心在通用汽車北美和德國工程人員的指導(dǎo)下進行一系列整合工作,并且泛亞汽車技術(shù)中心將負責(zé)此車日后的運行及維護。
在2001年,上汽集團與通用汽車中國公司合資組建的上海泛亞汽車技術(shù)中心,就以別克GL8為原型推出了一輛名為鳳凰的燃料電池汽車。
2005年中國燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項目競標(biāo)時,通用汽車也曾支持上汽集團參加該項目競標(biāo),并提供當(dāng)時通用汽車最先進的燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)。目前,上海大眾生產(chǎn)的領(lǐng)馭也有了氫燃料電池車型,而且參加了北京奧運會期間的交通服務(wù)。
前上汽副總裁汪大總曾表示,因為承擔(dān)“863”計劃的一些高校并不能及時抓住國際最新的技術(shù)潮流,所以上汽的氫燃料電池汽車研發(fā)并不完全依靠“863”計劃,與跨國公司也有合作。
上汽有關(guān)人士沒有透露雙方在研發(fā)方面進行了何種合作。不過,據(jù)了解,國內(nèi)企業(yè)在發(fā)動機電子控制、整車控制等技術(shù)方面,無論是傳統(tǒng)能源,還是新能源汽車的研發(fā),都在與跨國公司合作,比如與德國博世公司合作開發(fā)發(fā)動機電子控制技術(shù)。
據(jù)悉,兩輛梅賽德斯-奔馳Citaro G BlueTec Hybrid已經(jīng)獲得了漢堡高架公共公交交通公司的實地測試。Citaro G BlueTec Hybrid是唯一不使用柴油發(fā)動機也可運行的混合動力巴士。
目前,新巴士已經(jīng)進入了內(nèi)部測試階段,其中包括在北極圈這樣惡劣的環(huán)境下進行了幾周的測試,都取得了非常好的成績。
新巴士外形除了車頂有點高(用于放置電池),其他的與傳統(tǒng)的柴油機差不多。共有46個座位,能容納125名乘客。該巴士運行起來非常平穩(wěn),不會突然顛簸。同時,18米長的巴士配有4臺電動機,運行起來非??臁?/p>
新巴士采用鋰離子電池,其額定功率超過以往的電池,該電池系統(tǒng)擁有240千瓦的最大輸出率,質(zhì)量相比其他電池來說很輕,低于350公斤。
通用汽車日前宣布正在測試全新一代為量產(chǎn)開發(fā)的氫燃料電池系統(tǒng)。新系統(tǒng)主要對體積和質(zhì)量進行了縮減,并有效地降低了制造成本,使之可與傳統(tǒng)四缸發(fā)動機相當(dāng),計劃2015年實現(xiàn)量產(chǎn)。
與目前正在測試中的雪佛蘭E quinox燃料電池車上的燃料電池系統(tǒng)相比,新一代氫燃料電池體積縮小了一半,質(zhì)量減輕了220磅,應(yīng)用的鉑金材料僅為1/3。作為目前全球規(guī)模最大的氫燃料電池車市場測試項目,通用汽車“車行道計劃”提供超過100輛雪佛蘭E quinox氫燃料電池車給消費者或商業(yè)合作伙伴進行日常使用,以對車的性能進行測試,從而收集車輛數(shù)據(jù)和消費者的反饋。
該項目自2007年啟動以來,在短短數(shù)月之內(nèi)就收到了超過六萬余名志愿者的參與申請,目前全部測試車輛全球累計行駛距離已經(jīng)超過了200萬公里。
近日,羅蘭·貝格國際管理咨詢公司發(fā)布了汽車電池行業(yè)的研究報告,指出未來汽車電池廠商將面臨產(chǎn)能過剩風(fēng)險?!颁囯x子電池生產(chǎn)商現(xiàn)在備受追捧,但預(yù)計在未來5~7年將出現(xiàn)大規(guī)模的兼并?!边@是羅蘭·貝格國際管理咨詢公司合伙人、可替代能源動力系統(tǒng)技術(shù)專家沃爾夫?qū)け竟夭┦?Dr.WolfgangBernhart)對這個行業(yè)的基本看法。
大部分專家都認為:在未來10年,由于電池成本大幅下降,電氣化動力系統(tǒng)在各大汽車市場中的份額會顯著增加。據(jù)一項大膽預(yù)測,到2015年,主要地區(qū)的插電式混合動力汽車(PHEV)和電動汽車(EV)將接近120萬輛。目前,混合式動力汽車(HEV)、插電式混合動力汽車和電動汽車對鋰離子電池的需求達82萬“電動汽車等量 (EVequivalents)”,而2015年的裝機容量將超過260萬電動汽車等量。對鋰離子電池的需求在2020年前會持續(xù)上升,不過300萬電動汽車等量最早也要到2018年才能達到。
鑒于這些情況,計劃投資將在2014—2017年導(dǎo)致嚴重的產(chǎn)能過剩,這在美國和日本尤為突出。根據(jù)已宣布的投資項目,2015年的產(chǎn)能已達到2016年預(yù)計需求量的200%。另外,投資項目還未全部公布,主要廠商還有些尚未宣布的投資項目。這將進一步加劇產(chǎn)能過剩,而國家補貼則會刺激產(chǎn)生更多投資。多數(shù)在發(fā)展中國家的投資集中在電池制造領(lǐng)域,而不是核心的材料研發(fā)等投入上。并且相對應(yīng)的,真正能夠全面滿足整車廠商技術(shù)需求,具有合格一致性和規(guī)模產(chǎn)能、較低成本的電池供應(yīng)商實際上還是非常匱乏。報告指出:“低端制造產(chǎn)能不斷重復(fù)建設(shè),核心研發(fā)制造技術(shù)匱乏,仿制、復(fù)制不斷涌現(xiàn),就是現(xiàn)在這些國家電池行業(yè)的現(xiàn)狀?!?/p>
另外,這個行業(yè)還需投入大量的研發(fā)和資本,從而迅速降低成本:5000萬~1億歐元用于新電池化學(xué),3.5億歐元用于10萬個機組?!耙虼?,在未來5~7年,僅6~8家全球電池生產(chǎn)商能夠幸存?!北竟卣f,“2015年收入的臨界值約為6億歐元”。因此,電池供應(yīng)商需制定明確策略,迅速獲得市場份額以贏得生存。而在此之前還有關(guān)鍵的一點是,投資者應(yīng)意識到巨大的投資風(fēng)險。正如本哈特所說:“不利因素越來越多,但若運營得當(dāng),未來的電氣化動力系統(tǒng)仍將獲利豐厚?!?/p>
日本京都工藝纖維大學(xué)副教授園田早紀的研究小組2010年3月19日在“第57屆應(yīng)用物理學(xué)相關(guān)聯(lián)合演講會”上宣布,試制出了可對從紫外光、可視光直至紅外光進行光電轉(zhuǎn)換的太陽電池。據(jù)稱是在氮化鎵(GaN)等大帶隙的透明化合物半導(dǎo)體中添加錳(Mn)等“3d過渡金屬”實現(xiàn)的。由此,無需制做多結(jié)型電池單元,而直接單純接合即可開發(fā)出轉(zhuǎn)換效率非常高的太陽電池。雖然目前轉(zhuǎn)換效率還比較低,但開路電壓非常高,已達到約2V。
園田等發(fā)表了題為“在過渡金屬中添加氮化物半導(dǎo)體形成紫外-可視-紅外光電轉(zhuǎn)換材料~以簡單元件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)新一代超效率太陽電池目標(biāo)”的演講。
園田研究發(fā)現(xiàn),向帶隙寬度高達約3.4eV的透明GaN添加0至20%的Mn,其對紫外、可視光直至紅外的大范圍波長的光幾乎具有持續(xù)的高吸收系數(shù)。實際上,通過向p型GaN添加Mn試制的太陽電池單元與不添加Mn的元件不同,呈黑色不透明狀。
園田表示,這一點可通過以Mn的3d軌道能級為主要成分構(gòu)成的“雜質(zhì)能帶”模型來說明。以前就有向大帶隙半導(dǎo)體材料添加雜質(zhì),在能級小的電子不能占據(jù)的禁帶中搭建“梯子”,使其可吸收更長波長的光的類似技術(shù)。這種帶隙結(jié)構(gòu)一般被稱為“中間帶”。而此次“機理是否與原來的中間帶相同尚未明確”。
除了Mn之外,還嘗試添加了其他多種3d過渡金屬,得到的結(jié)果大多相同。3d過渡金屬是指原子序數(shù)(原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù))增加時,最外層軌道內(nèi)的3d軌道上電子會增加的元素。具體有鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)。如果添加元素選擇得當(dāng),“即使是帶隙非常大的氮化鋁(AlN),也可能具有可視光吸收區(qū)域”。
日本京都工藝纖維大學(xué)試制的太陽電池單元(右)。在p型GaN薄膜中添加Co,并層疊n型材料。帶吸收層的電池單元的尺寸為10 mm見方。周圍的細長矩形圖案為電極。左為未添加Co的p型GaN薄膜。
此次試制的太陽電池單元是在p型GaN中添加了Co。開路電壓在1sun下高達2V以上。一般而言,單結(jié)電池單元的開路電壓高達2V以上,則意味著帶隙也很大,只能對可視光中短波長的光(藍及綠等)進行光電轉(zhuǎn)換,而此次并未遇到這種情況。
而另一方面,短路電流密度約為10 μ A/cm2,比普通結(jié)晶Si太陽電池的數(shù)值小3個數(shù)量級。原因之一是“電池單元是與電極分離的,連接這兩者的p型GaN的電阻非常大”。這是因為目前還不能使用光刻設(shè)備,未能實現(xiàn)可準(zhǔn)確測量輸出電流的設(shè)計。結(jié)果,目前的電池單元轉(zhuǎn)換效率很低,只有0.01%左右。
基于GaN的太陽電池方面,最近通過添加In來減小帶隙,從而實現(xiàn)可視光吸收的研發(fā)日益興盛。但在這種情況下,為了將大范圍波長的光轉(zhuǎn)換成電,必須采用變化In添加率等的材料來開發(fā)多結(jié)型電池單元。而此次的研究有助于新的雖基于GaN但機理完全不同的太陽電池的研發(fā)。
碲化鎘(CdTe)是1種由鎘與碲合成的結(jié)晶物質(zhì),是太陽電池理想的半導(dǎo)體材料。
除在太陽能的應(yīng)用外,碲化鎘也可與汞形成HgCdTe合金,可應(yīng)用在紅外線偵測器的感光材料,但也因碲化鎘的毒性問題,應(yīng)用范圍未能普及。
如同其他鎘化合物般,碲化鎘被認為是有毒物質(zhì),但只要不經(jīng)口服或呼吸方式進入人體,碲化鎘對人體的危害有限。
美國能源部指出,碲化鎘太陽能模組只要經(jīng)過適當(dāng)回收程序處理,并不會對環(huán)境產(chǎn)生危害,其對環(huán)境的影響與鎘金屬完全不同。因此,CdTe太陽能模組在正常使用下,對環(huán)境的助益甚至大過于對環(huán)境的威脅。
過去以生產(chǎn)傳統(tǒng)硅太陽能面板為主的美商GE,未來將使用和美國太陽能業(yè)者First Solar相同的原料,轉(zhuǎn)進薄膜太陽電池領(lǐng)域。
盡管碲化鎘技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率低于晶硅太陽電池,然GE表示,當(dāng)同時考量轉(zhuǎn)換效率、制造成本及原物料成本等因素后,碲化鎘技術(shù)擁有比其他薄膜太陽能技術(shù)更佳的成本結(jié)構(gòu),此為奇異選擇發(fā)展碲化鎘技術(shù)的主因。
據(jù)悉,碲化鎘太陽電池的制造成本低,目前已獲得的最高效率為16%,是應(yīng)用前景很好的太陽電池。
從英特爾集團剝離出來的SpectraWatt公司又再募集逾4140萬美元的資金,其投資者包括英特爾投資(Intel Capital)和高盛集團 (Goldman Sachs)。該公司的太陽電池出貨計劃將于2010年第二季度啟動。SpectraWatt公司稱這些新投資將有助于廠房竣工、推進內(nèi)部運作、促進技術(shù)發(fā)展,并且按計劃增產(chǎn)。
SpectraWatt公司表示,該公司位于紐約霍普韋爾(Hopewell Junction,New York)的制造工廠已建成,并已經(jīng)開始進行首批太陽電池的制造。SpectraWatt公司正籌備該廠于2010年春季正式投產(chǎn),第二季度向客戶(未公開)出貨。
“我們很高興看到SpectraWatt公司能夠開始為不斷發(fā)展的太陽能產(chǎn)業(yè)制造產(chǎn)品?!庇⑻貭柾顿Y(Intel Capital)總裁、英特爾集團執(zhí)行副總裁Arvind Sodhani表示?!斑@次的投資再次強調(diào)了英特爾投資(Intel Capital)對清潔技術(shù)及可再生能源市場的重視。SpectraWatt公司對提高太陽電池技術(shù)的關(guān)注,不僅完善了英特爾投資(Intel Capital)的策略,還有助于通過更高的能源轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品制造速率,推動全球光伏技術(shù)的應(yīng)用?!?/p>
美國Novothink公司近日推出了一系列iPhone/iPodTouchCase(iPhone/iPodTouch保護套),這些保護套均配備了太陽能充電技術(shù)。這款iPhone Case在起到保護iPhone的同時,還可以起到補充電力的作用,更可以保護環(huán)境,真是一箭三雕。
據(jù)Novothink公司的申明,這款保護套電池充滿電后,可以提供4~8小時通話,20小時或以上的音樂播放。另外,在太陽下充電兩小時,可以提供0.5~1小時通話。而針對iP hone3G/3GS版本的iPhone Case售價為79.95美元,約等于人民幣546元,相對是有些貴的。而iPodTouch(應(yīng)該是二代)的版本售價則是69.95美元,約等于人民幣478元。
電源問題一直是困擾移動電子設(shè)備開發(fā)和使用的一個瓶頸。長期以來,人們不得不在電池的體積、容量、電壓和充電速度間進行著痛苦的取舍。
隨著科技的發(fā)展,未來這一切或許都將出現(xiàn)改觀。英國《新科學(xué)家》雜志日前發(fā)文預(yù)測,未來5年到10年內(nèi),下一代移動電源就將走進普通民眾的生活,與目前的技術(shù)相比,新型移動電源會更小、更輕薄,在續(xù)航能力和硬件兼容性方面也會表現(xiàn)更加出色。
再過幾年,傳統(tǒng)的AA和AAA電池或許就將成為歷史,取而代之的是大小猶如郵票一樣,可迅速充放電的薄膜電池。由美國 Infinite Power Solutions(IPS)公司設(shè)計的Thinergy系列薄膜電池就是其中的代表。
據(jù)IPS公司技術(shù)營銷副總裁蒂莫西·布蘭頓介紹,Thinergy薄膜電池厚度僅為0.17毫米,內(nèi)部不含液態(tài)或有機聚合物電解質(zhì)及其他重金屬有害物質(zhì),全部使用固態(tài)化學(xué)原料。最小的一款面積僅為25.4毫米×12.7毫米,與半張郵票的大小、薄厚無異。在標(biāo)準(zhǔn)條件下,充電時間為10分鐘,極端條件下如能保證充電電流數(shù)秒即可充滿;每年的漏電損耗僅為1%;該電池50%深度放電的壽命可達10萬次,遠超過普通固態(tài)薄膜電池在同樣情況下的1000次。若與周邊能源相結(jié)合,Thinergy薄膜電池能為無線傳感器節(jié)點及其他微型系統(tǒng)提供永久電力,并實現(xiàn)十年以上的免維修運作。
但由于目前該電池標(biāo)準(zhǔn)電壓僅為4.1伏,容量也僅達到1毫安左右,還無法取代手機或筆記本電池,其目前的主要目標(biāo)是成為紐扣電池、AA和AAA電池的換代產(chǎn)品。自2009年6月起,Thinergy系列產(chǎn)品已開始向部分電子廠商供貨,但目前還未推出面向普通消費者的消費級產(chǎn)品。
小型化燃料電池同樣可被應(yīng)用于消費級電子設(shè)備當(dāng)中。雖然從外表和原理上看,燃料電池與普通電池類似,也有正負極,也通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力,但實質(zhì)上燃料電池是一種把燃料和電池兩種概念結(jié)合在一起的裝置,不但可以蓄電還能自己“發(fā)電”。
美國機械技術(shù)公司(MTI)首席執(zhí)行官彭尼·利姆說,雖然目前的燃料電池多用于汽車電源,在體積上都較為龐大,但他們已經(jīng)開發(fā)出了能用于手機的便攜式燃料電池。其實早在2008年年底,MTI公司就推出過一款以甲醇為燃料的便攜式燃料電池。據(jù)該公司稱,這種燃料電池可為便攜式電子設(shè)備提供8小時到10小時電源供應(yīng),而換做同樣規(guī)格的普通鋰電池,續(xù)航時間則僅為兩三個小時。
不過MTI公司同時也承認,雖然在續(xù)航時間上較為理想,但在像閃光燈這樣需要較大瞬時電流的設(shè)備上使用時,便攜式燃料電池的表現(xiàn)仍稍顯不足。
據(jù)了解,目前以Mobion技術(shù)為基礎(chǔ)的手機電池原型也已推出,消費級產(chǎn)品則有望在5年到10年內(nèi)面市。
壓電效應(yīng)指某些介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。我們?nèi)粘I钪薪?jīng)常接觸到的打火機和煤氣灶的點火裝置便是其應(yīng)用的一種。而未來10年中,采用壓電效應(yīng)的電源絕對不會這么簡單。
在最新一期的《納米通訊》雜志上,科學(xué)家們提出了一個用壓電材料制成能量收集系統(tǒng)的設(shè)想,并獲得了初步成功。研究人員用納米鋯鈦酸鉛(PZT)制成了一種可穿戴的壓電材料,這種材料能將80%的機械能轉(zhuǎn)化為電能。人體的走動、呼吸和其他運動均可觸發(fā)壓電系統(tǒng)。
研究人員稱,這種壓電材料將有望為包括手機在內(nèi)的多種小型電子設(shè)備提供電力,若將其用于心臟起搏器供電,患者將免去每隔幾年就要通過手術(shù)為起搏器更換電池的煩惱。
對消費電子產(chǎn)品而言,除電池外,充電器的作用也同樣重要。據(jù)相關(guān)機構(gòu)估計,全球至少有150億個充電器,平均下來地球上的每個人至少有兩個。雜亂的電線、各式各樣的插頭、沉重的電源適配器……相信不少人都曾為此苦惱過。
不過,在未來5年到10年,這一切或許就會成為遙遠的回憶,屆時不用連接線、不用插頭甚至不用接觸就可以進行充電的無線充電技術(shù)將成為主流。
在今年1月結(jié)束的“2010年國際消費電子展(CES)”上,這種看似魔術(shù)的技術(shù)已有量產(chǎn)的產(chǎn)品推出。雖然就目前而言這種充電技術(shù)的成本和充電效率還不甚理想,但我們完全可以想象,再過幾年,通過車庫的地面就能為停在上面的電動汽車充電;手機無需拿出口袋就可補足電力;放在家中的筆記本電腦等便攜設(shè)備不僅可以無線上網(wǎng),也可以通過無線充電讓電池始終保持滿格。而總有一天,電能也能像無線電波一樣跨越大洋。