在汽車(chē)領(lǐng)域，未來(lái)的汽車(chē)的供能系統，究竟是從鋰電池組攜帶能量，還是從氫燃料電池發(fā)電？在過(guò)去的數年間，中國見(jiàn)證了鋰電池的崛起，也成為了全球鋰電池生產(chǎn)和消費的最大市場(chǎng)，但是氫燃料電池的發(fā)展同樣也列入了我們國家未來(lái)發(fā)展計劃之中。中國正在投資必要的基礎設施，到2030年，全國將會(huì )建立起3000個(gè)加氫站，很顯然鋰電池與氫燃料電池的賽道已經(jīng)建立，技術(shù)競爭蓄勢待發(fā)。

觀(guān)點(diǎn)一：認為鋰電池比氫燃料電池好

埃隆·馬斯克認為氫燃料電池要選擇能量存儲機制，應該選擇甲烷或丙烷，因為它們更容易制取，但氫燃料電池非常愚蠢……制造氫氣并儲存并在汽車(chē)中使用它非常困難，如果你拿一塊太陽(yáng)能電池板直接給電池組充電，與氫燃料電池電解相比，取氫，分離氧氣，壓縮氫氣……這大約是其效率的一半。

其實(shí)，馬斯克的話(huà)也不無(wú)道理。與電池相比，氫燃料電池的能源轉化效率上始終比電池低，相較于特斯拉的BEV效率，目前市面上最好的FCV在效率上仍然不及BEV一半；另外，在工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與基礎設施（加氫站）建設上，氫燃料電池與鋰電池的差距仍有數十年。

燃料電池的發(fā)展仍在繼續，但充電基礎設施，氫氣的大規模生產(chǎn)及其庫存都滯后。氫的使用需要大量的基礎設施建設，高質(zhì)量和大型蓄壓器。燃料電池，壓力罐（碳纖維）的生產(chǎn)，加油的氫氣價(jià)格，所需的加氫站基礎設施和H2生產(chǎn)設施的建設都顯得過(guò)于昂貴。除此之外，目前,以化石能源為原料的熱化學(xué)過(guò)程在工業(yè)上應用較為廣泛, 主要包括烴類(lèi)蒸汽轉化、重油部分氧化、煤氣化和水電解等制氫方法。在氫的主流生產(chǎn)過(guò)程中，也存在著(zhù)污染和低效率的問(wèn)題。

觀(guān)點(diǎn)二：認為氫燃料電池比鋰電池好

多年來(lái)，豐田一直將氫燃料電池押在電池電動(dòng)汽車(chē)上，以實(shí)現其零排放汽車(chē)戰略。豐田燃料氫電池是豐田公司運用在mirai新能源車(chē)上的先進(jìn)技術(shù)，豐田氫燃料電池就像是一個(gè)發(fā)電站，它通過(guò)氧氣和氫氣進(jìn)行化學(xué)反應才生產(chǎn)電，不是像普通儲電池那樣需要充電，只需要添加氫氣，通過(guò)化學(xué)反應產(chǎn)出電。

氫燃料電池的續航優(yōu)勢相比鋰電池也很明顯，同樣續航500公里，普通鋰電池充電需要很長(cháng)的時(shí)間，超級快速充電也需要一個(gè)半小時(shí)，而氫染料電池只要3分鐘就可以加滿(mǎn)氫氣。另外，在能量密度上，氫也遠遠超過(guò)了鋰離子，兩者甚至都不在同一個(gè)數量級上。

氫燃料電池汽車(chē)還有有以下優(yōu)點(diǎn)：

加氫就像加油一樣，一般只需3~5分鐘。而電動(dòng)汽車(chē)的充電則是一個(gè)緩慢的過(guò)程。即使特斯拉推出了超級充電站，通常也需要1個(gè)小時(shí)以上。

氫燃料電池主要的成分是氫，我們知道水的化學(xué)式是氫二氧，氫燃料電池在使用壽命結束后，并不會(huì )對環(huán)境造成污染。而鋰離子電池則含有很多重金屬，如果回收不當，就會(huì )對環(huán)境造成更大的污染。

氫燃料電池儲能密度高，且重量輕，續航里程普遍更遠。通常會(huì )超過(guò)500公里，而純電動(dòng)汽車(chē)則根據電池容量的大小，目前大部分純電動(dòng)汽車(chē)續航里程在300公里左右，少數車(chē)型可以達到400~500公里。

另一方面，歐洲也是氫燃料電池研究的另一個(gè)大本營(yíng)。隨著(zhù)德國能源轉型的不斷深入，大量的新能源并入電網(wǎng)，以歐洲最大的能源研究機構之一：于利希研究所（Jülich research center）正在倡導將新能源發(fā)電（風(fēng)電）轉化為氫能，以解決可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的電網(wǎng)波動(dòng)與消納問(wèn)題。

研究所主任Detlef Stolten教授指出：“在風(fēng)能的幫助下，現有風(fēng)力渦輪機將產(chǎn)生如此多的額外電力，在2050年它可以取代德國家庭目前需要供暖的天然氣。此外，通過(guò)電力市場(chǎng)的調控，用電高峰時(shí)間每年將減少90太瓦時(shí)。我們可以將這部分電能以70％的實(shí)際效率電解水，產(chǎn)生的氫燃料可以供應1600萬(wàn)輛燃料電池汽車(chē)運行?！?/p>

“燃料電池還可以實(shí)現分散式電源。依賴(lài)天然氣網(wǎng)的家庭甚至小型住宅可以并行使用燃料電池。我們在討論移動(dòng)性的過(guò)程中，也不要忘記整個(gè)能源系統中燃料電池的補償功能?！?/p>

從未來(lái)長(cháng)遠發(fā)展上來(lái)說(shuō)明氫燃料電池與鋰電池哪個(gè)是未來(lái)？

當前，全球能源和環(huán)境系統正面臨著(zhù)巨大的挑戰。其中，作為石油消耗和二氧化碳排放大戶(hù)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，也正面臨著(zhù)一場(chǎng)革命性的變革，將包括純電動(dòng)、燃料電池技術(shù)在內的純電驅動(dòng)作為新能源汽車(chē)的主要技術(shù)方向，已然成為世界各國形成的共識。燃料電池汽車(chē)是電動(dòng)汽車(chē)汽車(chē)電池的另一個(gè)重要方向，與鋰離子電池相比，可以清楚地看見(jiàn)兩者間有著(zhù)明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。

首先，是從安全性角度出發(fā)。

燃料電池的安全隱患：氫氣的泄露與控制，是燃料電池系統安全隱患的主要來(lái)源，屬于物理層面，而鋰離子電池的安全隱患則主要來(lái)自于不易控制的鏈式反應，屬于化學(xué)層面。因為鏈式反應速度極其短暫。就可控性角度說(shuō)，鋰離子電池的控制難度要高于燃料電池。不過(guò)在遇到極端劇烈碰撞的情況下，燃料電池的危害程度則要更大。當然這也僅僅是理論上，氫氣本身因為快速逃逸的特點(diǎn)使得泄漏時(shí)間很短，加上高壓氫氣瓶耐撞擊、跌落、槍擊等非常規性能也為安全提供了保障。

其次，是從低溫性能的角度看。

因為低溫下電解液的粘度增大電導率下降，會(huì )導致電池極化內阻急劇增加，一般廠(chǎng)商都不推薦零度以下的放電行為，因此鋰電池需要外部提供供熱來(lái)解決低溫問(wèn)題。燃料電池低溫起步性能差，但隨著(zhù)啟動(dòng)后自身放熱的增加，電堆的溫度會(huì )很快穩定在80-90℃的正常工作溫度范圍。不過(guò)關(guān)于燃料電池如何實(shí)現低溫啟動(dòng)，特別是不使用外輔電前提下的低溫啟動(dòng)是一個(gè)重要的研究課題。

第三，是從成本角度考慮。

總體上看，無(wú)論是燃料電池還是鋰離子電池，在價(jià)格上都要高于傳統能源。特別是氫氣的來(lái)源、存儲以及安全使用等條件的復雜與嚴苛，導致氫燃料電池成本居高不下，短期內難以取得優(yōu)勢。以大批量產(chǎn)數據來(lái)看，鋰電池成本最終會(huì )突破1000元/kwh；燃料電池的成本目前還是很高的，期望遠期大批量實(shí)現的前提下可能去接近于現在內燃機的價(jià)格。

第四，是充電所需消耗的時(shí)間。

冗長(cháng)的充電時(shí)間始終是鋰離子電池一個(gè)難以磨滅的痛點(diǎn)。在一般的充電模式下，一輛裝有鋰離子電池的車(chē)，需要耗費3到8個(gè)小時(shí)才能充滿(mǎn)。相較之下，燃料電池就顯得方便快捷了許多，以氫燃料電池為例，直接加氫僅需3到5分鐘，就能滿(mǎn)血復活。

第五，續航里程。

這可能是所以純電動(dòng)汽車(chē)，特別是鋰離子電池汽車(chē)最大的痛點(diǎn)了。傳統的鋰離子電池在續航能力上很難突破500km，相比之下能量密度高且重量更輕的燃料電池，在續航里程上就能夠達到更遠。

第六：溫度影響。

燃料電池汽車(chē)可以通過(guò)整車(chē)綜合熱管理，保持和夏天一樣長(cháng)的續航里程，這一點(diǎn)是鋰離子電池不能做到的。鋰離子電池不管是PTC加熱還是空調加熱，都要消耗電量。燃料電池夏天的時(shí)候需消耗電量來(lái)給空調供電，而在冬天的時(shí)候只需用廢熱給乘客艙保溫和采暖。所以從理論上講，冬天的里程應該比夏天還長(cháng)。目前有機構在開(kāi)展基于朗肯循環(huán)的廢熱發(fā)電研究，若能實(shí)現將進(jìn)一步提高燃料電池的效率。

第七：成本平衡。

燃料電池和純電動(dòng)汽車(chē)的成本平衡點(diǎn)不同，乘用車(chē)是500公里左右，商用車(chē)100公里左右：氫燃料電池系統更適合替代柴油機，鋰離子電池系統更適合替代汽油機。相對于遠程公交、雙班出租、城市物流、長(cháng)途運輸等一些交通方式，燃料電池汽車(chē)具有清潔、零排放、續航里程長(cháng)、加速時(shí)間短的特點(diǎn)，是適應市場(chǎng)需求的最佳選擇，所以我們要及時(shí)地把產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)向燃料電池汽車(chē)拓展。