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推动铝电池产业化的公司真的都是傻子吗？

【铝道】近日，青年汽车在南阳市搞 Very good 的水氢发动机，让高中化学彻底火了一把。之后，某大佬公开吐槽庞青年式铝粉+水制氢产业化，是只有傻子才干的事，又让铝制氢及相关的电池成了骗子和傻子的代名词。在普通大众看来，铝水反应在汽车上应用已经无形中被判了死刑。然而这一切，都为铝这一重要储能金属带来了巨大的误解。一、氢能源、制氢以及铝制氢氢气作为人类梦寐以求的理想能源，储量丰富，绝 对环保，且可再生，一直以来都在新能源之路上给我们无限美好的诱惑。尤其在汽车领域，氢燃料电池加氢快，能量密度完爆锂电池。当前锂电池的能量密度水平在300KWH/kg上下，上限水平*多再翻一番，而且还要面临巨大的安全风险。与之对应，汽油的能量密度约为1700KWH/kg，而氢燃料的能量密度比起汽油还要以几倍计量。正是因为氢气拥有在能量密度、充电速度等方面的优势，在当前锂离子电池已经走到能量密度瓶颈的阶段，氢燃料电池无疑给了人们无高速冲床限希望。也正是如此，今年一季度以来，在二级市场上，氢燃料电池概念股全电瓶叉车线飙涨；在一级市场上，各类氢燃料电池相关公司闻风而动，并催化出了南阳水”氢发动机这样的闹剧。但不可否认的是，氢燃料电池虽然优点众多，但氢能源却是一种二次能源，自然界中的氢绝少以氢分子的形式单独存在。所以，要想使用氢，我们必须得制氢。目前制氢一共四大主流方法：化石原料制氢、化工原料制氢、工业尾气制氢和电解水制氢。此外还有一些非主流的另类制氢方法，被归到其他制氢方法里。

金属制氢就是其中一种，而铝制氢，属于金属制氢的一种。四大主流制氢方法和其他制氢方法如下表所示：各类制氢方法各有千秋，但用在新能源汽车这个领域，我们主要考虑两个指标。一是成本。新能源汽车毕竟要走进千家万户，由终端消费者来使用，是否具有成本竞争力，是消费者选择一款产品的重要考量因素，天价的产品，必然不是民间的选择。二是清洁，毕竟用氢燃料取代传统化石燃料的原因，就是因为清洁，如果氢的来源就是传统化石燃料，那么为什么不干脆烧传统燃料呢？还避免了转换过程的能量损失。我们先来看成本。传统制氢方法中，煤制氢成本*低，一公斤11.2元，其次是天然气制氢，然后是氯碱副产品，*后是甲醇裂解制氢。电解水*贵，一公斤氢气制出来，需要37块钱。而用铝制氢就比较厉害了。根据铝粉17.6元/kg的价格，九公斤铝产生一公斤氢气的比重，生产一公斤氢气的价格大概是158.4元。铝制造氢气的同时，每公斤铝会产生2.89公斤的氢氧化铝，把这些氢氧化铝卖破烂，大概2.3元一公斤，九公斤铝产生的氢氧化铝大概能卖60块钱。综合起来，铝制氢一公斤氢气的成本大约98.4元。至少以目前的价格来看，铝制氢气要比主流方法里*贵的电解水还要贵上将近两倍。成本上首先不划算。其次我们来看环保效益。主流方法中，天然气和煤就不用说了，本身就是不可再生的稀缺资源，用来制氢，不符合可再生的要求。

甲醇制氢，有二氧化碳排放，但好歹不是有毒物质，同时由于甲醇的可再生性，这个方法作为一个折中方法，勉强可以接受。今年上海车展，爱驰汽车展出用来一辆氢燃料增程式电动车，用的就是甲醇制氢，给氢燃料电池供氢气，氢燃料电池再给锂电池供电，带动汽车运转的模式。氯碱制氢，是当前制作氢气的*主流方法之一。但他是烧碱工业的副产品，受主产品产量的影响。氢气用量少的时候可以，氢气用量多的时候，不能老用其他产业的副产品，根本不够用。而与此同时，氯碱工业的制氢方法，其实就是电解氯化钠水溶液。将氢气变成主产品，不要制造出烧碱和氯气，那就直接电解水。这就是*贵的电解水方法。电解水与其他所有制氢方法不同，其他方法制氢的主要成本是原料成本。电解水的主要成本在于用电，大概占总成本的77%。而从发电的角度看，如果电力主要来源还是火电，那么*终污染仍然不可避免，氢燃料终 极清洁能源的称号就名不副实。正因如此，近年来从降低成本，保持清洁的角度考虑，沿着电解水制氢的路线衍生出另外一条思路 那就是，使用光伏、风力发电的清洁能源进行电解水制氢，为氢燃料电池提供原料。由于光伏发电和风力发电所产生的电量不稳定，长期以来无法并；而富光、富风的区域本地无法消纳大量光伏、风电发电的电力，多年以来我国都有所谓 弃光、弃风 现象。

2017年主要清洁能源地区 弃光、弃风 比率仍然高达20%。如果将这些地区大量白白弃用的清洁能源电力，用于电解水生产氢气，无疑既能解决清洁能源的问题，又能解决无污染制氢和氢气成本高的问题。同时在这个过程中，氢气起到了储能的作用。电能通过氢气，可再生能源、储能电池、车得到了很好的连接与使用，这也符合未来能源发展的长期需求。这就是为什么在很多人眼里看起来很傻的电解氢-再烧掉的技术路线，实质上反而是一种很好的发展路线的原因。据说当前日本本土电解水制氢的比率已经高达63%。然后再来看铝制氢技术。在环保层面，铝制氢技术的*大优点就在于，铝从铝粉变为氢氧化铝，整个过程中铝金属没有损失，通过回收，可以持续使用可再生。但缺点在于，铝金属的制备仍然是高耗能、高污染的行业，对于制造终 极燃料 氢气来说，在有可替代方案的前提下，优势并不明显。从这个角度而言，说进行铝粉制氢量产化是傻子才做的事，其实并不为过。然而铝燃料的故事到此并未结束，在不同的场景，他将转角遇到爱。二、铝空气电池 后锂电时代的新星近期SK在中国大兴土木，到2025年，要扩产20倍的产能。有人以讹传讹，传出了SK要在2025年把锂离子电池能量密度提真空吸塑机升20倍的神话。只可惜不仅SK无此计划，锂离子电池本身也无法承担此重任。由于理化特征限制，锂离子电池在走到三元镍钴锰8：1：1的时代基本已经走到尽头。尽管SK在努力向9:0.5:0.5进发，然而能量密度的极限*多也只能达到比目前水平翻倍，保持在500WH/KG的水平。对于翻20倍，达到5000WH/kg的能量密度，绝 对是只能望洋兴叹。这样一个现实，对于锂离子电池来说，是极其沮丧的。尤其在汽油1700WH/kg的高能量密度面前，更是不免丧气。然而5000WH/kg的能量密度的电池并非不可达到，只不过这样的电池已经不再是锂离子电池。在各国的后锂电时代中，金属-空气电池这一话题不断被提及，而铝-空气电池就是其中*重要的一支。下图展示了日本NEDO的电池研发计划，在右下角的红色区域，革新电池那里，金属-空气电池赫然在目，铝空电池排在*前面。日本给这一发展方向的规划时期是2030年以后。

虽然久远，然而确确实实是未来发展的方向之一。对比当前的锂离子电池来说，铝空气电池的*大优点在于能量密度高，理论能量密度高达8100WH/kg，与当前能量密度*高仅350WH/kg左右的锂离子电池相比，天上地下，开着铝空气电池车几乎可以环游世界。然而铝空气电池也有不足。他的*大弱点，在于功率密度低，只有W/kg，而锂离子电池基本在6000W/kg以上。这意味着铝空电池放电速度特别慢，你开着铝空电池的小车车，只能以蜗牛的速度在行驶。当然这只是*大的优缺点对比。铝空对锂离子的其他优缺点对比如下表，由表可见，铝空气电池在毒性、可循环利用性、元素储量等方面均有明显优势。其不可充电性，只是相对而言。更换新的铝材对铝空电池来说，就是某种程度的充电。由于具备高能量密度，铝电池可以做的很小。国外的实践显示，目前支持续航1600公里的铝空气电池，重量只需100KG。对比当前品质比较优 秀的锂电池车，续航400KG，电池500KG左右的重量，铝空气电池的优势十分明显。然而遗憾的是，如此优 秀的未来电池路线，颜值却被 水氢发动机 拉低到了一个极其堪忧的地位。因为铝空电池反映原理虽然与铝制氢气显著不同，但外界来看，二者却极为相似。从输入材料来看，二者都需要铝、水和空气；从输出材料来看，铝空电池除了发电，还会放出氢气，也跟水氢电池别无二致。所塑性变形量越大以，当水氢发动机的骗局横行多时，当大佬以水制氢就是傻子的论断广为接受。为远在10年之后的先进电池做准备的人们，无疑会遭受不小的挫折。劣币驱逐良币，在科技发展的历史上，时刻都在发生，古今中外，概莫能外。三、铝空电池怎么用 增程式了解一下那么，我们怎么拯救铝空气电池呢？唯 一的方法，就是去使用他。实践是检验真理的唯 一标准；市场是检验技术的关键考量。对于所有的原发型创新来说，由于没有先例可循，将实验室的东西搬出去量产化，去投资，去试错，是检验创新与技术的唯 一办法。有可能某项技术会取得巨大的成功，那我们就利用他；也有可能这项技术压根就做不成功，那我们就放弃他。成功与失败并存，前进必须付出试错的成本。这是当前由模仿创新时代进入原发创新时代的中国必须学会的第 一课。从这个角度来说，我们显然应该对把实验室里用的东西搬出来量产的人，持有更加宽容的态度。

如果他是骗子，我们当然要狠狠的打击；但如果只是傻子，我们反而应该对其一腔孤勇，赞一声勇气可嘉。话说回来铝空电池的发展，正是秉承着要想发展，必先使用的思路。虽然铝空气电池是十年后的技术，当前力争发挥其优势，规避其劣势，将其投入使用的公司仍然不在少数。例如2014年美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy合作，开发出了100公斤铝，续航3000公里的铝空电池车。2018年现代汽车新能源汽车研发基地所在地韩国蔚山，推出了能量密度高达2,500Wh/kg的铝空气电池车，一公斤铝所实现的续航里程高达700KM。新的进展在不断出现。推广铝空气电池的主要车用路线，用的其实是增程式的思路。对比铝空与锂离子电池的优缺点后我们可以发现，铝空能量密度高，重新充电方式为更换铝板，速度也较快，储存几辈于锂离子电池的能量，所需要的电池自重，也被锂离子电池小好几倍。而锂离子电池虽然输出功率高，但能量密度低，可以很好的支撑汽车运转却缺乏长续航汽车轻量化元件/模块：使用轻金属合金减轻元件重量(车身/底盘组件里程。如果将这两者放在一起，用铝空气电池给当前锂离子电池配一个 充电宝 ，无疑既可以保证车辆运行，又可以增加续航里程。前面提到的加拿大与以色列公司的产品，就是这个思路。当然增程式还有其他的路线，比如日本在搞燃油-锂电增程式。日产Note增程式的油耗大约只有百公里L，日产表示油耗还能再降。而在国内，2019车展闪亮登场的理想ONE增程式，百公里油耗L，这和普通燃油车差别并不大。除了技术以外，燃油对我们来说还有另外的问题。前几日中石化的付成玉董事长指出，在当前国际形势下，我们必须做好原油断供的准备。

替代燃油的能源结果我们不得不加快考虑。爱驰的甲醇制氢+锂电增程式是一种方式，铝空+锂电增程式显然是可以考虑的另一种方式。而增程式电动车的设计还有优良的路径可替代性。因为即使有一天氢燃料电池技术发展成熟，氢燃料电池本身的特征也不适合作为直接驱动使用，还需要与锂离子电池结合。换句话说，氢燃料电池车本身就是氢燃料电池串联锂离子电池的增程式结构。当氢燃料技术发展逐步成熟，汽车将铝电池换下来，装上氢燃料电池即可，几乎可以无缝衔接。当然这只是一条理论上可行的路线。真正实现铝空气电池的增程式汽车，还需要克服很多困难。也很可能铝空气电池的路径在不断的尝试中直接被证伪二手推土机，这条路在实践上就是走不通。但这并不意味着他一无是处，应该一棒子打死。因为科学本来就是一场冒险的探索，创业本身就要跨越死亡之海。不试错无以出真知，不量产使用无以迭代出产品。好比一直趴在试验室的中国芯片，如果没有量产试错不断改进的过程，就永远没有进步并与国外产品一较高下的空间。过去四十年的发展，我们习惯了对已知事物高确定性的模仿；未来 中等收入陷阱 的跨越，还需要我们熟悉对未知事物的探索与试错。这是一个更加艰苦，风险也更高的方向。却值得新生代与老一代企业家一起掌舵，共同开拓的创新型的未来。

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