在普通大眾看來(lái)，鋁水反應(yīng)在汽車(chē)上應(yīng)用已經(jīng)無(wú)形中被判了死刑。然而這一切，都為鋁這一重要儲(chǔ)能金屬帶來(lái)了巨大的誤解。

一、氫能源、制氫以及鋁制氫

氫氣作為人類夢(mèng)寐以求的理想能源，儲(chǔ)量豐富，絕對(duì)環(huán)保，且可再生，一直以來(lái)都在新能源之路上給我們無(wú)限美好的誘惑。

尤其在汽車(chē)領(lǐng)域，氫燃料電池加氫快，能量密度完爆鋰電池。當(dāng)前鋰電池的能量密度水平在300KWH/kg上下，上限水平最多再翻一番，而且還要面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。與之對(duì)應(yīng)，汽油的能量密度約為1700KWH/kg，而氫燃料的能量密度比起汽油還要以幾倍計(jì)量。

正是因?yàn)闅錃鈸碛性谀芰棵芏?、充電速度等方面的?yōu)勢(shì)，在當(dāng)前鋰離子電池已經(jīng)走到能量密度瓶頸的階段，氫燃料電池?zé)o疑給了人們無(wú)限希望。也正是如此，今年一季度以來(lái)，在二級(jí)市場(chǎng)上，氫燃料電池概念股全線飆漲;在一級(jí)市場(chǎng)上，各類氫燃料電池相關(guān)公司聞風(fēng)而動(dòng)，并催化出了南陽(yáng)水氫發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的鬧劇。

但不可否認(rèn)的是，氫燃料電池雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，但氫能源卻是一種二次能源，自然界中的氫絕少以氫分子的形式單獨(dú)存在。所以，要想使用氫，我們必須得制氫。

目前制氫一共四大主流方法：化石原料制氫、化工原料制氫、工業(yè)尾氣制氫和電解水制氫。此外還有一些非主流的另類制氫方法，被歸到其他制氫方法里。金屬制氫就是其中一種，而鋁制氫，屬于金屬制氫的一種。四大主流制氫方法和其他制氫方法如下表所示：

(主要制氫方法，來(lái)源：華創(chuàng)證券)

各類制氫方法各有千秋，但用在新能源汽車(chē)這個(gè)領(lǐng)域，我們主要考慮兩個(gè)指標(biāo)。

一是成本。新能源汽車(chē)畢竟要走進(jìn)千家萬(wàn)戶，由終端消費(fèi)者來(lái)使用，是否具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，是消費(fèi)者選擇一款產(chǎn)品的重要考量因素，天價(jià)的產(chǎn)品，必然不是民間的選擇。

二是清潔，畢竟用氫燃料取代傳統(tǒng)化石燃料的原因，就是因?yàn)榍鍧?，如果氫的?lái)源就是傳統(tǒng)化石燃料，那么為什么不干脆燒傳統(tǒng)燃料呢?還避免了轉(zhuǎn)換過(guò)程的能量損失。

我們先來(lái)看成本。

(主要制氫方法成本，來(lái)源：氫云鏈)

傳統(tǒng)制氫方法中，煤制氫成本最低，一公斤11.2元，其次是天然氣制氫，然后是氯堿副產(chǎn)品，最后是甲醇裂解制氫。電解水最貴，一公斤氫氣制出來(lái)，需要37塊錢(qián)。

而用鋁制氫就比較厲害了。根據(jù)鋁粉17.6元/kg的價(jià)格，九公斤鋁產(chǎn)生一公斤氫氣的比重，生產(chǎn)一公斤氫氣的價(jià)格大概是158.4元。鋁制造氫氣的同時(shí)，每公斤鋁會(huì)產(chǎn)生2.89公斤的氫氧化鋁，把這些氫氧化鋁賣(mài)破爛，大概2.3元一公斤，九公斤鋁產(chǎn)生的氫氧化鋁大概能賣(mài)60塊錢(qián)。綜合起來(lái)，鋁制氫一公斤氫氣的成本大約98.4元。

至少以目前的價(jià)格來(lái)看，鋁制氫氣要比主流方法里最貴的電解水還要貴上將近兩倍。

成本上首先不劃算。

其次我們來(lái)看環(huán)保效益。

主流方法中，天然氣和煤就不用說(shuō)了，本身就是不可再生的稀缺資源，用來(lái)制氫，不符合可再生的要求。甲醇制氫，有二氧化碳排放，但好歹不是有毒物質(zhì)，同時(shí)由于甲醇的可再生性，這個(gè)方法作為一個(gè)折中方法，勉強(qiáng)可以接受。今年上海車(chē)展，愛(ài)馳汽車(chē)展出用來(lái)一輛氫燃料增程式電動(dòng)車(chē)，用的就是在線甲醇制氫，給氫燃料電池供氫氣，氫燃料電池再給鋰電池供電，帶動(dòng)汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)的模式。

氯堿制氫，是當(dāng)前制作氫氣的最主流方法之一。但他是燒堿工業(yè)的副產(chǎn)品，受主產(chǎn)品產(chǎn)量的影響。氫氣用量少的時(shí)候可以，氫氣用量多的時(shí)候，不能老用其他產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品，根本不夠用。而與此同時(shí)，氯堿工業(yè)的制氫方法，其實(shí)就是電解氯化鈉水溶液。將氫氣變成主產(chǎn)品，不要制造出燒堿和氯氣，那就直接電解水。

這就是最貴的電解水方法。

電解水與其他所有制氫方法不同，其他方法制氫的主要成本是原料成本。電解水的主要成本在于用電，大概占總成本的77%。

(電解水制氫方法成本結(jié)構(gòu)，來(lái)源：華創(chuàng)證券)

而從發(fā)電的角度看，如果電力主要來(lái)源還是火電，那么最終污染仍然不可避免，氫燃料終極清潔能源的稱號(hào)就名不副實(shí)。

正因如此，近年來(lái)從降低成本，保持清潔的角度考慮，沿著電解水制氫的路線衍生出另外一條思路——那就是，使用光伏、風(fēng)力發(fā)電的清潔能源進(jìn)行電解水制氫，為氫燃料電池提供原料。由于光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電所產(chǎn)生的電量不穩(wěn)定，長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法并網(wǎng);而富光、富風(fēng)的區(qū)域本地?zé)o法消納大量光伏、風(fēng)電發(fā)電的電力，多年以來(lái)我國(guó)都有所謂“棄光、棄風(fēng)”現(xiàn)象。2017年主要清潔能源地區(qū)“棄光、棄風(fēng)”比率仍然高達(dá)20%。如果將這些地區(qū)大量白白棄用的清潔能源電力，用于電解水生產(chǎn)氫氣，無(wú)疑既能解決清潔能源的問(wèn)題，又能解決無(wú)污染制氫和氫氣成本高的問(wèn)題。

同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中，氫氣起到了儲(chǔ)能的作用。電能通過(guò)氫氣，可再生能源、儲(chǔ)能電池、車(chē)得到了很好的連接與使用，這也符合未來(lái)能源發(fā)展的長(zhǎng)期需求。這就是為什么在很多人眼里看起來(lái)很傻的電解氫-再燒掉的技術(shù)路線，實(shí)質(zhì)上反而是一種很好的發(fā)展路線的原因。據(jù)說(shuō)當(dāng)前日本本土電解水制氫的比率已經(jīng)高達(dá)63%。

然后再來(lái)看鋁制氫技術(shù)。

在環(huán)保層面，鋁制氫技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就在于，鋁從鋁粉變?yōu)闅溲趸X，整個(gè)過(guò)程中鋁金屬?zèng)]有損失，通過(guò)回收，可以持續(xù)使用可再生。但缺點(diǎn)在于，鋁金屬的制備仍然是高耗能、高污染的行業(yè)，對(duì)于制造終極燃料——氫氣來(lái)說(shuō)，在有可替代方案的前提下，優(yōu)勢(shì)并不明顯。從這個(gè)角度而言，說(shuō)進(jìn)行鋁粉制氫量產(chǎn)化是傻子才做的事，其實(shí)并不為過(guò)。

然而鋁燃料的故事到此并未結(jié)束，在不同的場(chǎng)景，他將轉(zhuǎn)角遇到愛(ài)。

二、鋁空氣電池——后鋰電時(shí)代的新星

近期SK在中國(guó)大興土木，到2025年，要擴(kuò)產(chǎn)20倍的產(chǎn)能。有人以訛傳訛，傳出了SK要在2025年把鋰離子電池能量密度提升20倍的神話。只可惜不僅SK無(wú)此計(jì)劃，鋰離子電池本身也無(wú)法承擔(dān)此重任。由于理化特征限制，鋰離子電池在走到三元鎳鈷錳8：1：1的時(shí)代基本已經(jīng)走到盡頭。盡管SK在努力向9:0.5:0.5進(jìn)發(fā)，然而能量密度的極限最多也只能達(dá)到比目前水平翻倍，保持在500WH/KG的水平。對(duì)于翻20倍，達(dá)到5000WH/kg的能量密度，絕對(duì)是只能望洋興嘆。

這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)，對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，是極其沮喪的。尤其在汽油1700WH/kg的高能量密度面前，更是不免喪氣。

然而5000WH/kg的能量密度的電池并非不可達(dá)到，只不過(guò)這樣的電池已經(jīng)不再是鋰離子電池。在各國(guó)的后鋰電時(shí)代中，金屬-空氣電池這一話題不斷被提及，而鋁-空氣電池就是其中最重要的一支。下圖展示了日本NEDO的電池研發(fā)計(jì)劃，在右下角的紅色區(qū)域，革新電池那里，金屬-空氣電池赫然在目，鋁空電池排在最前面。日本給這一發(fā)展方向的規(guī)劃時(shí)期是2030年以后。雖然久遠(yuǎn)，然而確確實(shí)實(shí)是未來(lái)發(fā)展的方向之一。

對(duì)比當(dāng)前的鋰離子電池來(lái)說(shuō)，鋁空氣電池的最大優(yōu)點(diǎn)在于能量密度高，理論能量密度高達(dá)8100WH/kg，與當(dāng)前能量密度最高僅350WH/kg左右的鋰離子電池相比，天上地下，開(kāi)著鋁空氣電池車(chē)幾乎可以環(huán)游世界。

然而鋁空氣電池也有不足。他的最大弱點(diǎn)，在于功率密度低，只有50-200W/kg，而鋰離子電池基本在6000W/kg以上。這意味著鋁空電池放電速度特別慢，你開(kāi)著鋁空電池的小車(chē)車(chē)，只能以蝸牛的速度在行駛。

當(dāng)然這只是最大的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。鋁空對(duì)鋰離子的其他優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下表，

(鋁空電池與鋰離子電池優(yōu)劣勢(shì)比較)

由表可見(jiàn)，鋁空氣電池在毒性、可循環(huán)利用性、元素儲(chǔ)量等方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。其不可充電性，只是相對(duì)而言。更換新的鋁材對(duì)鋁空電池來(lái)說(shuō)，就是某種程度的充電。

由于具備高能量密度，鋁電池可以做的很小。國(guó)外的實(shí)踐顯示，目前支持續(xù)航1600公里的鋁空氣電池，重量只需100KG。對(duì)比當(dāng)前品質(zhì)比較優(yōu)秀的鋰電池車(chē)，續(xù)航400KG，電池500KG左右的重量，鋁空氣電池的優(yōu)勢(shì)十分明顯。

然而遺憾的是，如此優(yōu)秀的未來(lái)電池路線，顏值卻被“水氫發(fā)動(dòng)機(jī)”拉低到了一個(gè)極其堪憂的地位。因?yàn)殇X空電池反映原理雖然與鋁制氫氣顯著不同，但外界來(lái)看，二者卻極為相似。從輸入材料來(lái)看，二者都需要鋁、水和空氣;從輸出材料來(lái)看，鋁空電池除了發(fā)電，還會(huì)放出氫氣，也跟水氫電池別無(wú)二致。所以，當(dāng)水氫發(fā)動(dòng)機(jī)的騙局橫行多時(shí)，當(dāng)大佬以水制氫就是傻子的論斷廣為接受。為遠(yuǎn)在10年之后的先進(jìn)電池做準(zhǔn)備的人們，無(wú)疑會(huì)遭受不小的挫折。

劣幣驅(qū)逐良幣，在科技發(fā)展的歷史上，時(shí)刻都在發(fā)生，古今中外，概莫能外。

三、鋁空電池怎么用——增程式了解一下

那么，我們?cè)趺凑蠕X空氣電池呢?唯一的方法，就是去使用他。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn);市場(chǎng)是檢驗(yàn)技術(shù)的關(guān)鍵考量。對(duì)于所有的原發(fā)型創(chuàng)新來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有先例可循，將實(shí)驗(yàn)室的東西搬出去量產(chǎn)化，去投資，去試錯(cuò)，是檢驗(yàn)創(chuàng)新與技術(shù)的唯一辦法。有可能某項(xiàng)技術(shù)會(huì)取得巨大的成功，那我們就利用他;也有可能這項(xiàng)技術(shù)壓根就做不成功，那我們就放棄他。成功與失敗并存，前進(jìn)必須付出試錯(cuò)的成本。這是當(dāng)前由模仿創(chuàng)新時(shí)代進(jìn)入原發(fā)創(chuàng)新時(shí)代的中國(guó)必須學(xué)會(huì)的第一課。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，我們顯然應(yīng)該對(duì)把實(shí)驗(yàn)室里用的東西搬出來(lái)量產(chǎn)的人，持有更加寬容的態(tài)度。

如果他是騙子，我們當(dāng)然要狠狠的打擊;但如果只是傻子，我們反而應(yīng)該對(duì)其一腔孤勇，贊一聲勇氣可嘉。

話說(shuō)回來(lái)鋁空電池的發(fā)展，正是秉承著要想發(fā)展，必先使用的思路。雖然鋁空氣電池是十年后的技術(shù)，當(dāng)前力爭(zhēng)發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，規(guī)避其劣勢(shì)，將其投入使用的公司仍然不在少數(shù)。例如2014年美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy合作，開(kāi)發(fā)出了100公斤鋁，續(xù)航3000公里的鋁空電池車(chē)。2018年現(xiàn)代汽車(chē)新能源汽車(chē)研發(fā)基地所在地韓國(guó)蔚山，推出了能量密度高達(dá)2,500Wh/kg的鋁空氣電池車(chē)，一公斤鋁所實(shí)現(xiàn)的續(xù)航里程高達(dá)700KM。

新的進(jìn)展在不斷出現(xiàn)。推廣鋁空氣電池的主要車(chē)用路線，用的其實(shí)是增程式的思路。對(duì)比鋁空與鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)后我們可以發(fā)現(xiàn)，鋁空能量密度高，重新充電方式為更換鋁板，速度也較快，儲(chǔ)存幾輩于鋰離子電池的能量，所需要的電池自重，也被鋰離子電池小好幾倍。而鋰離子電池雖然輸出功率高，但能量密度低，可以很好的支撐汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)卻缺乏長(zhǎng)續(xù)航里程。如果將這兩者放在一起，用鋁空氣電池給當(dāng)前鋰離子電池配一個(gè)“充電寶”，無(wú)疑既可以保證車(chē)輛運(yùn)行，又可以增加續(xù)航里程。

前面提到的加拿大與以色列公司的產(chǎn)品，就是這個(gè)思路。當(dāng)然增程式還有其他的路線，比如日本在搞燃油-鋰電增程式。日產(chǎn)Note增程式的油耗大約只有百公里2-3L，日產(chǎn)表示油耗還能再降。而在國(guó)內(nèi)，2019車(chē)展閃亮登場(chǎng)的理想ONE增程式，百公里油耗8-9L，這和普通燃油車(chē)差別并不大。

除了技術(shù)以外，燃油對(duì)我們來(lái)說(shuō)還有另外的問(wèn)題。前幾日中石化的付成玉董事長(zhǎng)指出，在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)下，我們必須做好原油斷供的準(zhǔn)備。替代燃油的能源結(jié)果我們不得不加快考慮。愛(ài)馳的甲醇在線制氫+鋰電增程式是一種方式，鋁空+鋰電增程式顯然是可以考慮的另一種方式。而增程式電動(dòng)車(chē)的設(shè)計(jì)還有優(yōu)良的路徑可替代性。

因?yàn)榧词褂幸惶鞖淙剂想姵丶夹g(shù)發(fā)展成熟，氫燃料電池本身的特征也不適合作為直接驅(qū)動(dòng)使用，還需要與鋰離子電池結(jié)合。換句話說(shuō)，氫燃料電池車(chē)本身就是氫燃料電池串聯(lián)鋰離子電池的增程式結(jié)構(gòu)。當(dāng)氫燃料技術(shù)發(fā)展逐步成熟，汽車(chē)將鋁電池?fù)Q下來(lái)，裝上氫燃料電池即可，幾乎可以無(wú)縫銜接。

當(dāng)然這只是一條理論上可行的路線。真正實(shí)現(xiàn)鋁空氣電池的增程式汽車(chē)，還需要克服很多困難。也很可能鋁空氣電池的路徑在不斷的嘗試中直接被證偽，這條路在實(shí)踐上就是走不通。但這并不意味著他一無(wú)是處，應(yīng)該一棒子打死。因?yàn)榭茖W(xué)本來(lái)就是一場(chǎng)冒險(xiǎn)的探索，創(chuàng)業(yè)本身就要跨越死亡之海。不試錯(cuò)無(wú)以出真知，不量產(chǎn)使用無(wú)以迭代出產(chǎn)品。好比一直趴在試驗(yàn)室的中國(guó)芯片，如果沒(méi)有量產(chǎn)試錯(cuò)不斷改進(jìn)的過(guò)程，就永遠(yuǎn)沒(méi)有進(jìn)步并與國(guó)外產(chǎn)品一較高下的空間。

過(guò)去四十年的發(fā)展，我們習(xí)慣了對(duì)已知事物高確定性的模仿;未來(lái)“中等收入陷阱“的跨越，還需要我們熟悉對(duì)未知事物的探索與試錯(cuò)。這是一個(gè)更加艱苦，風(fēng)險(xiǎn)也更高的方向。卻值得新生代與老一代企業(yè)家一起掌舵，共同開(kāi)拓的創(chuàng)新型的未來(lái)。