氢燃料电池与锂电池哪个是未来EV主流

在汽车领域，未来的汽车的供能系统，究竟是从锂电池组携带能量，还是从氢燃料电池发电？在过去的数年间，中国见证了锂电池的崛起，也成为了全球锂电池生产和消费的最大市场，但是氢燃料电池的发展同样也列入了我们国家未来发展计划之中。中国正在投资必要的基础设施，到2030年，全国将会建立起3000个加氢站，很显然锂电池与氢燃料电池的赛道已经建立，技术竞争蓄势待发。

观点一：认为锂电池比氢燃料电池好

埃隆·马斯克认为氢燃料电池要选择能量存储机制，应该选择甲烷或丙烷，因为它们更容易制取，但氢燃料电池非常愚蠢……制造氢气并储存并在汽车中使用它非常困难，如果你拿一块太阳能电池板直接给电池组充电，与氢燃料电池电解相比，取氢，分离氧气，压缩氢气……这大约是其效率的一半。

其实，马斯克的话也不无道理。与电池相比，氢燃料电池的能源转化效率上始终比电池低，相较于特斯拉的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，在工业产业链发展与基础设施（加氢站）建设上，氢燃料电池与锂电池的差距仍有数十年。

燃料电池的发展仍在继续，但充电基础设施，氢气的大规模生产及其库存都滞后。氢的使用需要大量的基础设施建设，高质量和大型蓄压器。燃料电池，压力罐（碳纤维）的生产，加油的氢气价格，所需的加氢站基础设施和H2生产设施的建设都显得过于昂贵。除此之外，目前,以化石能源为原料的热化学过程在工业上应用较为广泛, 主要包括烃类蒸汽转化、重油部分氧化、煤气化和水电解等制氢方法。在氢的主流生产过程中，也存在着污染和低效率的问题。

观点二：认为氢燃料电池比锂电池好

多年来，丰田一直将氢燃料电池押在电池电动汽车上，以实现其零排放汽车战略。丰田燃料氢电池是丰田公司运用在mirai新能源车上的先进技术，丰田氢燃料电池就像是一个发电站，它通过氧气和氢气进行化学反应才生产电，不是像普通储电池那样需要充电，只需要添加氢气，通过化学反应产出电。

氢燃料电池的续航优势相比锂电池也很明显，同样续航500公里，普通锂电池充电需要很长的时间，超级快速充电也需要一个半小时，而氢染料电池只要3分钟就可以加满氢气。另外，在能量密度上，氢也远远超过了锂离子，两者甚至都不在同一个数量级上。

氢燃料电池汽车还有有以下优点：

加氢就像加油一样，一般只需3~5分钟。而电动汽车的充电则是一个缓慢的过程。即使特斯拉推出了超级充电站，通常也需要1个小时以上。

氢燃料电池主要的成分是氢，我们知道水的化学式是氢二氧，氢燃料电池在使用寿命结束后，并不会对环境造成污染。而锂离子电池则含有很多重金属，如果回收不当，就会对环境造成更大的污染。

氢燃料电池储能密度高，且重量轻，续航里程普遍更远。通常会超过500公里，而纯电动汽车则根据电池容量的大小，目前大部分纯电动汽车续航里程在300公里左右，少数车型可以达到400~500公里。

另一方面，欧洲也是氢燃料电池研究的另一个大本营。随着德国能源转型的不断深入，大量的新能源并入电网，以欧洲最大的能源研究机构之一：于利希研究所（Jülich research center）正在倡导将新能源发电（风电）转化为氢能，以解决可再生能源发电产生的电网波动与消纳问题。

研究所主任Detlef Stolten教授指出：“在风能的帮助下，现有风力涡轮机将产生如此多的额外电力，在2050年它可以取代德国家庭目前需要供暖的天然气。此外，通过电力市场的调控，用电高峰时间每年将减少90太瓦时。我们可以将这部分电能以70％的实际效率电解水，产生的氢燃料可以供应1600万辆燃料电池汽车运行。”

“燃料电池还可以实现分散式电源。依赖天然气网的家庭甚至小型住宅可以并行使用燃料电池。我们在讨论移动性的过程中，也不要忘记整个能源系统中燃料电池的补偿功能。”

从未来长远发展上来说明氢燃料电池与锂电池哪个是未来？

当前，全球能源和环境系统正面临着巨大的挑战。其中，作为石油消耗和二氧化碳排放大户的汽车产业，也正面临着一场革命性的变革，将包括纯电动、燃料电池技术在内的纯电驱动作为新能源汽车的主要技术方向，已然成为世界各国形成的共识。燃料电池汽车是电动汽车汽车电池的另一个重要方向，与锂离子电池相比，可以清楚地看见两者间有着明显的优缺点。

首先，是从安全性角度出发。

燃料电池的安全隐患：氢气的泄露与控制，是燃料电池系统安全隐患的主要来源，属于物理层面，而锂离子电池的安全隐患则主要来自于不易控制的链式反应，属于化学层面。因为链式反应速度极其短暂。就可控性角度说，锂离子电池的控制难度要高于燃料电池。不过在遇到极端剧烈碰撞的情况下，燃料电池的危害程度则要更大。当然这也仅仅是理论上，氢气本身因为快速逃逸的特点使得泄漏时间很短，加上高压氢气瓶耐撞击、跌落、枪击等非常规性能也为安全提供了保障。

其次，是从低温性能的角度看。

因为低温下电解液的粘度增大电导率下降，会导致电池极化内阻急剧增加，一般厂商都不推荐零度以下的放电行为，因此锂电池需要外部提供供热来解决低温问题。燃料电池低温起步性能差，但随着启动后自身放热的增加，电堆的温度会很快稳定在80-90℃的正常工作温度范围。不过关于燃料电池如何实现低温启动，特别是不使用外辅电前提下的低温启动是一个重要的研究课题。

第三，是从成本角度考虑。

总体上看，无论是燃料电池还是锂离子电池，在价格上都要高于传统能源。特别是氢气的来源、存储以及安全使用等条件的复杂与严苛，导致氢燃料电池成本居高不下，短期内难以取得优势。以大批量产数据来看，锂电池成本最终会突破1000元/kwh；燃料电池的成本目前还是很高的，期望远期大批量实现的前提下可能去接近于现在内燃机的价格。

第四，是充电所需消耗的时间。

冗长的充电时间始终是锂离子电池一个难以磨灭的痛点。在一般的充电模式下，一辆装有锂离子电池的车，需要耗费3到8个小时才能充满。相较之下，燃料电池就显得方便快捷了许多，以氢燃料电池为例，直接加氢仅需3到5分钟，就能满血复活。

第五，续航里程。

这可能是所以纯电动汽车，特别是锂离子电池汽车最大的痛点了。传统的锂离子电池在续航能力上很难突破500km，相比之下能量密度高且重量更轻的燃料电池，在续航里程上就能够达到更远。

第六：温度影响。

燃料电池汽车可以通过整车综合热管理，保持和夏天一样长的续航里程，这一点是锂离子电池不能做到的。锂离子电池不管是PTC加热还是空调加热，都要消耗电量。燃料电池夏天的时候需消耗电量来给空调供电，而在冬天的时候只需用废热给乘客舱保温和采暖。所以从理论上讲，冬天的里程应该比夏天还长。目前有机构在开展基于朗肯循环的废热发电研究，若能实现将进一步提高燃料电池的效率。

第七：成本平衡。

燃料电池和纯电动汽车的成本平衡点不同，乘用车是500公里左右，商用车100公里左右：氢燃料电池系统更适合替代柴油机，锂离子电池系统更适合替代汽油机。相对于远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等一些交通方式，燃料电池汽车具有清洁、零排放、续航里程长、加速时间短的特点，是适应市场需求的最佳选择，所以我们要及时地把产业化重点向燃料电池汽车拓展。