中投網(wǎng)2025-04-21 09:00 來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究大腦
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在全社會綠色轉(zhuǎn)型的過程中，在實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的各種技術(shù)里，新型電池扮演著不可或缺的關(guān)鍵的作用。新能源汽車、低空飛行器和人形機(jī)器人等新興產(chǎn)業(yè)，都需要安全且能量密度高的動力電池；輔助光伏風(fēng)電等新能源電池平穩(wěn)上網(wǎng)，調(diào)整電網(wǎng)用電的波峰波谷，確保整個新型電力體系的安全和高效，需要安全低成本儲能電池。
未來幾年，各種不同技術(shù)路線的新型電池還會不斷推出，各下游領(lǐng)域的配套需求會帶動新型電池市場規(guī)�？焖僭鲩L，新型電池將很快成為萬億級產(chǎn)業(yè)，而且未來增長空間巨大。
中投顧問發(fā)布的《2025-2029年中國新型電池行業(yè)應(yīng)用場景剖析及投資機(jī)會研究報告》，詳細(xì)分析了鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、固態(tài)電池和氫燃料電池的現(xiàn)狀和趨勢，是新型電池產(chǎn)業(yè)的專業(yè)參考資料。
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在全球致力于可持續(xù)發(fā)展的大背景下，能源轉(zhuǎn)型成為關(guān)鍵議題。氫燃料電池作為一種清潔、高效的能源技術(shù)，正逐步在軌道交通與船舶領(lǐng)域嶄露頭角，為這些行業(yè)的綠色發(fā)展注入新動力。
一、獨特場景挑戰(zhàn)與應(yīng)對
(一)環(huán)境適應(yīng)性：海洋與軌道的雙重考驗
在廣闊無垠的海洋上，船舶宛如一座移動的城市，然而海洋環(huán)境卻充滿挑戰(zhàn)。鹽霧，這一由大量氯化鈉等鹽分組成的 “腐蝕劑”，時刻威脅著船舶上的氫燃料電池系統(tǒng)。遠(yuǎn)洋船舶上，電極和催化劑載體等關(guān)鍵部件一旦被腐蝕，就如同心臟出現(xiàn)問題，會迅速導(dǎo)致電池性能下降甚至失效。為了抵御這種侵蝕，科研人員采用特殊的耐腐蝕材料。例如，在金屬表面精心涂覆防腐涂層，這層涂層就像堅固的鎧甲，有效隔離鹽分與金屬的接觸;使用耐腐蝕合金，增強(qiáng)部件的抗腐蝕能力。這些措施如同給氫燃料電池系統(tǒng)穿上了一層防護(hù)衣，確保其在海洋惡劣環(huán)境中能長期穩(wěn)定運行。
而在陸地上，軌道交通車輛面臨著另一種挑戰(zhàn) —— 振動。軌道的不平順以及車輪與軌道的摩擦，使得車輛在運行中產(chǎn)生持續(xù)的振動。如果氫燃料電池系統(tǒng)不能滿足振動標(biāo)準(zhǔn) EN 61373，就如同建筑物沒有打牢地基，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和連接部件會受到嚴(yán)重影響。電極可能會松動，電解液可能會泄漏，進(jìn)而影響電池的性能和壽命。為了應(yīng)對這一問題，工程師們通過優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，讓系統(tǒng)更加穩(wěn)固;采用減震材料和裝置，如同給系統(tǒng)安裝了 “減震器”，有效緩沖振動的沖擊，提高系統(tǒng)的抗振動能力，保障其在軌道上的穩(wěn)定運行。
(二)功率性能：穩(wěn)定與快速響應(yīng)的關(guān)鍵
對于軌道交通和船舶而言，功率輸出穩(wěn)定性 ±1% 就如同車輛的精準(zhǔn)操控系統(tǒng)，至關(guān)重要。在列車加速、減速的過程中，氫燃料電池系統(tǒng)需要像一位經(jīng)驗豐富的駕駛員，根據(jù)工況的變化，精確地調(diào)整功率輸出。想象一下，當(dāng)列車在加速時，如果功率輸出不穩(wěn)定，列車可能會出現(xiàn)頓挫、晃動，乘客就會感到不適，甚至可能會影響列車的安全運行。而在船舶航行時，遇到風(fēng)浪等情況，船舶的負(fù)載會發(fā)生變化，此時動態(tài)響應(yīng)時間<0.5 秒的氫燃料電池系統(tǒng)就如同一位敏捷的戰(zhàn)士，能夠迅速感知負(fù)載變化，并快速調(diào)整功率輸出。當(dāng)船舶遇到強(qiáng)風(fēng)，需要更大的動力來保持航向和航速時，氫燃料電池系統(tǒng)能在短時間內(nèi)提高功率輸出，保障船舶的航行安全，讓船舶在波濤洶涌的大海中也能平穩(wěn)前行。
二、技術(shù)需求推動創(chuàng)新
(一)冗余設(shè)計：可靠性的堅實保障
多電堆并聯(lián)冗余設(shè)計是提高軌道交通和船舶動力系統(tǒng)可靠性的 “秘密武器”。在氫燃料電池動力列車中，多個電堆如同齊心協(xié)力的團(tuán)隊成員。當(dāng)其中一個電堆出現(xiàn)故障時，其他電堆會自動承擔(dān)起它的工作，確保列車仍能依靠剩余電堆維持運行。這就好比一個團(tuán)隊中，即使有個別成員暫時無法工作，其他成員也能頂上，保證整個團(tuán)隊的工作不受影響。這種冗余設(shè)計大大提高了軌道交通的運營效率和安全性，避免了因單個電堆故障導(dǎo)致的列車停運，減少了對乘客出行的影響。在船舶上，多電堆并聯(lián)冗余設(shè)計同樣發(fā)揮著重要作用。當(dāng)某個電堆出現(xiàn)故障時，船舶的航行不會受到太大影響，仍能繼續(xù)完成運輸任務(wù)或安全返回港口進(jìn)行維修，保障了海上運輸?shù)倪B續(xù)性。
(二)制氫耦合技術(shù)：綠色航行的希望之光
海水直接制氫耦合技術(shù)是船舶實現(xiàn)綠色、可持續(xù)航行的核心技術(shù)。在海上航行時，船舶遠(yuǎn)離陸地加氫設(shè)施，就如同在沙漠中沒有水源。而利用海水直接制氫，實現(xiàn)綠氫自供給，就像是在沙漠中找到了一片綠洲，減少了對外部加氫設(shè)施的依賴。目前，海水直接制氫主要采用電解海水的方法，但海水中大量的雜質(zhì)和鹽分給制氫帶來了挑戰(zhàn)�？蒲腥藛T需要通過特殊的預(yù)處理工藝和電解技術(shù)，去除雜質(zhì)和鹽分，確保制氫過程的高效、穩(wěn)定和安全。這一技術(shù)的實現(xiàn)將為船舶的綠色發(fā)展提供有力支持，讓船舶擺脫對傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放，為保護(hù)海洋環(huán)境做出貢獻(xiàn)。
三、多元適配領(lǐng)域展現(xiàn)潛力
(一)氫動力列車：城市與城際的綠色使者
在城市軌道交通中，氫動力列車以其零排放的特點，成為改善城市環(huán)境質(zhì)量的 “小能手”。在人口密集的大城市，如北京、上海，汽車尾氣排放是導(dǎo)致霧霾等空氣污染問題的重要原因之一。氫動力列車的運行，不產(chǎn)生尾氣排放，就像給城市空氣注入了一股清新的力量，有效減少城市空氣污染。而在城際鐵路中，氫動力列車的長續(xù)航和快速加氫特點，使其成為滿足快速、高效運輸需求的理想選擇。以京津冀城際鐵路為例，氫動力列車可以在城市之間快速穿梭，為商務(wù)出行和旅游出行提供便捷的交通方式，促進(jìn)區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)交流和發(fā)展。
(二)內(nèi)河貨船：內(nèi)河生態(tài)的守護(hù)者
內(nèi)河貨船在運輸過程中，傳統(tǒng)的燃油動力是內(nèi)河水質(zhì)和空氣污染的 “罪魁禍?zhǔn)住? 之一。大量的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等污染物被排放到空氣中和河流中，對內(nèi)河生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。而使用氫燃料電池作為動力的內(nèi)河貨船，實現(xiàn)了零排放，就像一位環(huán)保衛(wèi)士，守護(hù)著內(nèi)河的生態(tài)環(huán)境。同時，內(nèi)河貨船的航行路線相對固定，在主要港口和碼頭建設(shè)加氫設(shè)施相對容易，能夠滿足其加氫需求。在長江內(nèi)河運輸中，一些試點的氫燃料電池內(nèi)河貨船已經(jīng)投入使用，它們在運輸貨物的同時，減少了對環(huán)境的污染，取得了良好的環(huán)保效果，為內(nèi)河運輸?shù)木G色轉(zhuǎn)型提供了示范。
(三)遠(yuǎn)洋科考船：遠(yuǎn)洋探索的可靠伙伴
遠(yuǎn)洋科考船肩負(fù)著各種科學(xué)考察任務(wù)，在長時間的遠(yuǎn)洋航行中，對能源的穩(wěn)定性和可持續(xù)性要求極高。氫燃料電池系統(tǒng)以其長壽命、高可靠性，成為了遠(yuǎn)洋科考船的可靠電力來源。它能夠持續(xù)為各種科研設(shè)備提供穩(wěn)定的電力支持，確�？蒲泄ぷ鞯捻樌M(jìn)行。而海水直接制氫耦合技術(shù)的應(yīng)用，更是讓遠(yuǎn)洋科考船如虎添翼。在南極科考等任務(wù)中，遠(yuǎn)洋科考船需要在惡劣的環(huán)境下長時間航行，海水直接制氫技術(shù)使得科考船能夠在海上實現(xiàn)綠氫自供給，減少了對外部能源補(bǔ)給的依賴，為船上的科研設(shè)備、生活設(shè)施等提供穩(wěn)定的電力，保障了科考任務(wù)的順利完成。
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