今天來聊聊電動車的未來發展，跟能源技術的目前概況。這應該有助於大家未來面對「電氣車輛」時，有一定的選擇幫助。
以下內容都大家可以適時地補充或修改，因為目前這個領域的變化越來越快、越來越大，很多資訊線索的可靠性，有時甚至只有幾個月風向又不同了。
首先，我們先來說說使用「鋰離子電池技術」的電動車優缺點。
優點
- 環保性：電動車使用電能，沒有廢氣排放，有助於減少大氣污染和溫室氣體排放。
- 行駛成本低：相比於燃油車，電動車的充電成本通常較低，長期來看可以節省大量的燃料費用。
- 維護成本低：電動車擁有較少的精密動力元件，維修和保養成本相對較低。
- 靜音運行：電動車運行時幾乎無噪音，提供更安靜的環境。
- 加速性能強大：電動車馬達提供快速的大扭力輸出，加速表現優於傳統燃油車。
- 政府補貼和稅收優惠：目前許多國家為推廣電動車，仍持續提供補貼和稅收減免。
- 減少能源依賴：電動車有助於減少對原油燃料的依賴，促進能源多樣化。
- 創新技術：電動車通常配備最新的車載科技和自動輔助駕駛功能。
- 回收能量：許多電動車配備了能量回收系統，可以在剎車時回收能量，達到節能目的。
- 改善空氣品質：在城市中普及電動車有機會降低空氣污染程度，改善健康。
- 續航里程有限：大多數電動車的單次充電續航里程比燃油車短。
- 充電時間長：充滿電池所需時間遠多於加油時間。
- 充電站分佈不均：許多地區的充電設施不足或分佈不均，影響了使用便利性。
- 購車成本高：雖然行駛成本低，但電動車的初始購買成本，目前仍高於同類型的油車很多。
- 電池壽命和更換成本：這很直白，就是電池的壽命有限，更換電池成本高昂。
- 冷熱天氣影響續航：極端冷熱天氣條件會影響電池效能，進而影響車輛的續航里程。油車幾乎不會，反而天冷時續航里程還會延長～
- 載重能力有限：由於電池重量的限制，一些電動車的載重能力不如同等級的燃油車。
- 對電網的影響：大規模普及電動車可能會對電網造成壓力，特別是在高峰時段。
- 電池回收和環境影響：電動車電池的回收和處理需要特殊設施，不當處理會對環境造成傷害。
- 充電設施的安裝限制：在一些住宅或辦公場所，安裝充電設施可能會面臨空間和技術上的限制，或社區管理單位的刁難。
我們來看一下他們兩者間的主要不同處及原因。
一、能源來源：
- 氫燃料電池：使用氫氣作為主要能源。
- 鋰離子電池：依賴鋰離子在陰極和陽極之間的移動，來存儲和釋放能量。
二、能量密度：
- 氫燃料電池通常提供更高的能量密度，使得相同重量的燃料能產生更多能量。
- 鋰離子電池的能量密度較低。
原因：氫氣作為燃料，其質量能量轉換效率高於固態電池。
三、充電時間：
- 氫燃料電池的充電時間通常很短，只需幾分鐘。
- 鋰離子電池需要較長的充電時間。
四、續航里程：
- 氫燃料電池車輛通常有較長的續航里程。
- 鋰離子電池車輛的續航里程相對較短。
五、環境影響：
- 氫燃料電池的排放僅為水，對環境友好。
- 鋰離子電池的製造和回收過程可能對環境造成負面影響。
六、成本：
- 氫燃料電池的成本相對較高。
- 鋰離子電池的成本通常較低。
七、儲能方式：
- 氫燃料電池通過儲存氫氣來儲能。
- 鋰離子電池通過化學反應在電池內部儲存能量。
八、重量和體積：
- 氫燃料電池系統通常比較重，需要更大的空間來儲存氫氣。
- 鋰離子電池更輕巧，體積更小。
九、安全性：
- 氫燃料電池面臨著氫氣泄漏和爆炸的風險。
- 鋰離子電池存在過熱和燃燒的風險。
十、基礎設施要求：
- 氫燃料電池需要專門的氫氣補給站。
- 鋰離子電池可以利用現有的電網進行充電。
這些差異反映了兩種技術在原理、效率、成本和實際應用中的不同特點。隨著技術的進步，這些差異也可能會隨時間而改變。
而目前在研發氫燃料電池的車廠有哪些？現在到什麼程度？有什麼突破？又遇到什麼瓶頸呢？
就目前已知，有多家汽車製造商正積極參與氫燃料電池車輛（FCEV）的研發。
重要的進展和挑戰如下：
- Ineos Automotive：Ineos公司同時也是賓士F1車隊贊助商，他們正在開發Ineos Grenadier Hydrogen FCEV原型車，這車可儲存5公斤氫氣，行駛約200公里（124英里）。公司計劃生產版本將有顯著提升，目標是增加175%，達到550公里（342英里）的續航里程。不過，由於缺乏「加氫站」基礎設施，生產版本可能還需要2-3年時間才能推出。
- Hyundai：Hyundai Motor Group現代汽車近年來對FCEV的投入超越了日本製造商之外的其他公司。估計現代集團未來幾年內，可能會推出四款氫燃料電池車型，其中之一是新版Hyundai Nexo。這車型預計在2024年進行重大升級，其續航里程可能增加到大約800公里（497英里）。新Nexo計劃在2025年第一季在韓國上市，隨後在美國上市。
- 技術挑戰：氫燃料電池車輛的主要技術挑戰之一是氫氣的儲存。儲存氫氣在車輛中仍是一項微妙的操作，特別是對於車主而言。此外，不同類型的燃料電池如PEMFC（質子交換膜燃料電池）目前看來最適合車載應用，因為它們最符合操作速度和溫度的標準。
- Hyundai的其他計劃：Hyundai還有其他幾個氫燃料電池車輛計劃，如Hyundai Staria Fuel Cell和Hyundai N Vision 74。Staria Fuel Cell最初計劃在2023年下半年推出，但根據報導，該計劃現在似乎暫停。而Hyundai N Vision 74則是一款極具野心的氫燃料電池混合動力車，預計在2026年上半年投入量產。
那日本呢？豐田不是很積極研發氫燃料電池技術嗎？
的確，在日本，氫燃料電池車輛（FCEV）的發展正顯示出顯著的進展和潛力。
這裡有些日本的關鍵點跟大家分享：
- 政府策略和合作：日本政府積極推動氫能源的發展，與包括澳洲和阿拉伯聯合酋長國在內的國家，建立了合作夥伴關係。日本的最新氫能戰略目的在實現零碳目標和氫能基礎社會。
- 主要汽車製造商的參與：日本的幾家主要汽車製造商，包括豐田和本田，都在積極研發和推動氫燃料電池車輛。本田預計在2024年在日本和北美推出新的燃料電池電動車（FCEV），豐田則重新推出了其Mirai轎車，並展示了對氫燃料電池技術的持續承諾。
- 技術創新和挑戰：FCEV具有較短的加油時間和比電池電動車（BEV）更長的行駛範圍等優勢。然而，它們在能源效率方面不如BEV，且需要大型壓縮氫氣儲存罐，這使得FCEV不太適合小型乘用車。
- 基礎設施發展：日本在建立氫氣加注站方面面臨挑戰，這是推動氫燃料電池車輛普及化的重要因素。然而，日本已經建立了世界上最大的「加氫站」佈局。
- 應用領域：日本對FCEV的關注不僅限於乘用車，還包括重型卡車等商用車輛。本田和五十鈴已經開始在公共道路上測試他們聯合開發的「Giga Fuel Cell」重型卡車。
- 氫能產業的發展：日本公司正在積極探索氫能的多個應用領域，包括氫氣生產、運輸和儲存，以及氫氣在不同行業的使用。例如，Iwatani、ENEOS和Showa Denko都在推動氫能的商業應用。
至於氫燃料電池跟鋰離子電池，這兩種電能模式，哪一種更具未來發展性呢？
比較氫燃料電池（FCEV）與鋰離子電池（BEV）的未來發展潛力時，需要考慮多個因素，包括技術成熟度、成本、基礎設施需求、適用範圍和環境影響。以下是這兩種技術的比較及其發展前景的分析：
首先，氫燃料電池，有六點：
- 能源效率：氫燃料電池的能源轉換效率相對較低，遠低於電池電動車。
- 續航與充電：提供較快的加氫時間和更長的續航里程。
- 基礎設施需求：需要建立廣泛的氫氣加注站網絡，這一挑戰目前尚未克服。
- 適用範圍：更適合重型車輛和長途運輸，如卡車和公共交通工具。
- 環境影響：生產綠色氫氣需要大量的可再生能源，而目前大部分氫氣仍來自石化燃料，而非我們想像的「水」。
- 發展前景：在特定領域（如重型運輸和工業應用）有重要潛力，但需要克服成本和基礎設施挑戰。
- 能源效率：鋰離子電池的能源轉換效率較高。
- 續航與充電：充電時間較長，但近年來有所改進；續航里程隨著電池技術的提升而增加。
- 基礎設施需求：相比氫氣加注站，充電站更容易建立和擴展。
- 適用範圍：廣泛適用於各類型乘用車和部分商用車。
- 環境影響：電池生產與回收過程中的環境問題，正受到越來越多的關注。鋰離子電池生產過程中對鋰、鈷等礦物資源的依賴，也引發了資源可持續性的擔憂。
- 技術成熟度：目前，鋰離子電池技術相較於氫燃料電池，鋰電池更為成熟和廣泛應用。
- 成本考量：鋰離子電池的成本隨著技術進步和規模擴大而降低，而氫燃料電池的成本仍然較高。
- 環境與可持續性：氫燃料電池在理想狀況下，提供了更清潔的能源解決方案，但目前其氫氣大多數仍來自石化燃料。而鋰離子電池的生產和回收過程，對環境的影響也不容忽視。
目前，鋰離子電池在乘用車市場擁有更明確的優勢，尤其是因為它們較低的成本、成熟的技術和日益完善的充電基礎設施。然而，對於重型運輸和某些工業應用，氫燃料電池提供了一個有潛力的替代方案，尤其是在其基礎設施和技術進一步發展的情況下。
因此，這兩種技術各有特點，未來可能會共同發展，各自在適合的領域發揮作用。鋰離子電池可能會繼續主導乘用車市場，而氫燃料電池在商用車和重型運輸領域的應用潛力將逐漸顯現。
那麼，氫燃料電池跟鋰離子電池，哪種能量轉換率高呢？
在比較氫燃料電池與鋰離子電池的能量轉換率時，鋰離子電池通常具有更高的能量轉換效率。
這裏說明一下。
- 鋰離子電池：這些電池的能量轉換效率相對較高，一般可以達到約60-70%。這意味著它們能夠更有效地將存儲的化學能轉換為電能。
- 氫燃料電池：氫燃料電池的能量轉換效率通常較低，大約在40-60%的範圍內。這是因為氫燃料電池的工作原理涉及將氫氣和氧氣轉換為水，過程中釋放能量，但這個過程的能量轉換效率不如直接的電化學儲能系統。
而先前提到過：
氫燃料電池通常提供更高的能量密度，使得相同重量的燃料能產生更多能量。
鋰離子電池的能量密度較低。
所以，氫氣作為燃料，其質量能量轉換效率高於固態電池。
這又是什麼意思？
當提到能量密度，這是指單位質量或單位體積的燃料能夠儲存或釋放多少能量。在氫燃料電池和鋰離子電池的比較中，這是一個重要的考量因素。
- 氫燃料電池的能量密度：氫燃料電池通常有更高的能量密度，意味著相同重量的氫氣能產生比固態電池更多的能量。這是因為氫氣本身具有非常高的能量含量。氫氣是一種非常輕的元素，但能夠釋放大量的能量，這使得氫燃料電池在單位質量上能儲存更多的能量。
- 鋰離子電池的能量密度：相比之下，鋰離子電池的能量密度較低。雖然鋰離子電池技術在近年有所進步，提高了其能量密度，但與氫燃料電池相比，它們在每單位重量上能儲存的能量仍然較少。
至於「能量密度跟能量轉換效率」的關係是什麼？這邊簡單說一下。
能量密度和能量轉換效率是兩個不同的概念，但它們之間存在關聯。
- 能量密度：這是指單位質量或單位體積的燃料能儲存或釋放多少能量。例如，氫氣具有高能量密度，意味著每單位重量的氫氣能釋放大量的能量。在電池技術中，能量密度決定了電池可以儲存多少能量，進而影響了電池的續航里程。
- 能量轉換效率：這是指將某種形式的能量（如化學能、電能）轉換成另一種形式（通常是電能或動能）時的效率。例如，氫燃料電池將氫氣的化學能轉換為電能的效率，或者鋰離子電池在充放電過程中的能量轉換效率。
例如，即使氫氣具有高能量密度，但如果氫燃料電池的能量轉換效率不高，那麼實際可用於驅動車輛的能量就會減少。同理，即使鋰離子電池的能量轉換效率較高，如果其能量密度不足，那麼它的實際使用效能也會受限。
理想情況下，一個高效的能源系統，應結合高能量密度和高能量轉換效率，以最大化能源的利用和效率。
因此，當評估和比較「不同的能源技術」時，同時考慮它們的能量密度和能量轉換效率，是非常重要的。
例如，雖然氫燃料電池在能量密度上可能具有優勢，但如果其轉換效率相對較低，則實際效能可能不如能量轉換效率更高的鋰離子電池。
所以基於以上內容，我大致推測，近五年之內，所有的乘用電動車，應該都還是以鋰離子電池為主，至於充電速度技術的演進，則被家用充電樁及公用充電樁的普及程度影響。
例如，家用充電樁如沒法迅速普及，則車廠就只能加速研發更有充電效率的電池， 讓車輛能在公用充電樁快速充電，而且這個速度要非常快、比現在還快，半小時充80%的效率絕對不敷使用，必須要有例如5分鐘就能充滿至少60kW電量的電池技術出現才行。
不然未來電動車銷量，就會被充電樁數量掐住脖子，要掙脫這個束縛及符合世界排碳法規，就要把快充站的服務效率迅速提升，讓它變成「往傳統加油站的加油時間效率靠近」才行。
此外，快充站一度電(1kW)要收費台幣12元以上的費率也要進一步降低，因為目前一般全油電車(Full Hybrid)的每公里行駛成本已經落在2元以下，一度電(1kW)要收費台幣12元以上的行駛成本換算下來，每公里的快充行駛成本是超過2元的，這樣子會影響沒辦法在家充電的車主購買電動車的意願。
畢竟以現在的社會結構來說，能夠在家充電、在公司充電的比例還是少數，大部分的車友都只能把車停在路邊、一般出租停車場；這些地方不可能有充足的充電設施；所以想要那些朋友也有意願換購電動車，還是得依賴公有充電場所的快充系統才行。
這中間會有一段混亂期，而非常說不定最後鋰離子電池並沒有勝出，而是氫燃料電池突破了一些瓶頸勝出，畢竟「加氫站」的能源充填方式，會比較接近傳統燃油加油站的添加方式。
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