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未來的汽車的供能系統(tǒng)，究竟是從電池組攜帶能量，還是從燃料電池發(fā)電？目前我們所處的時代，正在圍繞著這個問題展開激烈的斗爭。
在過去的數(shù)年間，中國，見證了鋰電池的崛起，我們也成為了全球鋰電池生產(chǎn)和消費的巨頭，
德國Fraunhofer儲能監(jiān)測報告：量化分析電動汽車及鋰電池全球市場（上）
德國Fraunhofer儲能監(jiān)測報告：量化分析電動汽車及鋰電池全球市場（下）
于此同時，燃料電池的發(fā)展也列入了我們國家未來的五年發(fā)展計劃之中。中國正在投資必要的基礎(chǔ)設(shè)施，到2030年，全國將會建立起3000個加氫站。這樣的情況不僅僅發(fā)生在中國，不管是歐盟、美國、日本或世界其他地區(qū)都發(fā)出了不同的聲音，顯然。鋰電池與燃料電池的賽道已經(jīng)建立，技術(shù)競爭蓄勢待發(fā)。
觀點一
埃隆·馬斯克：氫燃料電池是“令人難以置信的愚蠢”！
早在2015年，“鋼鐵俠”就聲稱：“如果你要選擇能量存儲機制，你應(yīng)該選擇甲烷或丙烷，因為他們更容易制取。”馬斯克說道：“我只是認為（氫燃料電池）非常愚蠢......制造氫氣并儲存并在汽車中使用它非常困難?！保叭绻隳靡粔K太陽能電池板直接給電池組充電，與電解相比，取氫，分離氧氣，壓縮氫氣......這大約是其效率的一半。”
其實，馬斯克的話也不無道理。與電池相比，氫燃料電池的能源轉(zhuǎn)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(chǔ)設(shè)施（加氫站）建設(shè)上，氫燃料電池與鋰電池的差距仍有數(shù)十年。
燃料電池的發(fā)展仍在繼續(xù)，但充電基礎(chǔ)設(shè)施，氫氣的大規(guī)模生產(chǎn)及其庫存都滯后。氫的使用需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，高質(zhì)量和大型蓄壓器。燃料電池，壓力罐（碳纖維）的生產(chǎn)，加油的氫氣價格，所需的加氫站基礎(chǔ)設(shè)施和H2生產(chǎn)設(shè)施的建設(shè)都顯得過于昂貴。除此之外，目前,以化石能源為原料的熱化學過程在工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛, 主要包括烴類蒸汽轉(zhuǎn)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)過程中，也存在著污染和低效率的問題。
觀點二：
“未來的市場屬于燃料電池”
多年來，豐田一直將氫燃料電池押在電池電動汽車上，以實現(xiàn)其零排放汽車戰(zhàn)略。豐田燃料氫電池是豐田公司運用在mirai新能源車上的先進技術(shù)，豐田氫燃料電池就像是一個發(fā)電站，它通過氧氣和氫氣進行化學反應(yīng)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，通過化學反應(yīng)產(chǎn)出電。
氫燃料電池的續(xù)航優(yōu)勢相比鋰電池也很明顯，同樣續(xù)航500公里，普通鋰電池充電需要很長的時間，超級快速充電也需要一個半小時，而氫染料電池只要3分鐘就可以加滿氫氣。另外，在能量密度上，氫也遠遠超過了鋰離子，兩者甚至都不在同一個數(shù)量級上。
氫燃料電池汽車還有有以下優(yōu)點：
加氫就像加油一樣，一般只需3~5分鐘。而電動汽車的充電則是一個緩慢的過程。即使特斯拉推出了超級充電站，通常也需要1個小時以上。
氫燃料電池主要的成分是氫，我們知道水的化學式是氫二氧，氫燃料電池在使用壽命結(jié)束后，并不會對環(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(xù)航里程普遍更遠。通常會超過500公里，而純電動汽車則根據(jù)電池容量的大小，目前大部分純電動汽車續(xù)航里程在300公里左右，少數(shù)車型可以達到400~500公里。
另一方面，歐洲也是氫燃料電池研究的另一個大本營。隨著德國能源轉(zhuǎn)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(gòu)之一 - 于利希研究所（Jülich research center）正在倡導將新能源發(fā)電（風電）轉(zhuǎn)化為氫能，以解決可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的電網(wǎng)波動與消納問題。
研究所主任Detlef Stolten教授指出：“在風能的幫助下，現(xiàn)有風力渦輪機將產(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，通過電力市場的調(diào)控，用電高峰時間每年將減少90太瓦時。我們可以將這部分電能以70％的實際效率電解水，產(chǎn)生的氫燃料可以供應(yīng)1600萬輛燃料電池汽車運行?！?/em>
“燃料電池還可以實現(xiàn)分散式電源。依賴天然氣網(wǎng)的家庭甚至小型住宅可以并行使用燃料電池。我們在討論移動性的過程中，也不要忘記整個能源系統(tǒng)中燃料電池的補償功能?！?/em>
孰優(yōu)孰劣？答案也許不止一個
燃料電池PK鋰離子電池
當前，全球能源和環(huán)境系統(tǒng)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中，作為石油消耗和二氧化碳排放大戶的汽車產(chǎn)業(yè)，也正面臨著一場革命性的變革，將包括純電動、燃料電池技術(shù)在內(nèi)的純電驅(qū)動作為新能源汽車的主要技術(shù)方向，已然成為世界各國形成的共識。燃料電池汽車是電動汽車汽車電池的另一個重要方向，與鋰離子電池相比，可以清楚地看見兩者間有著明顯的優(yōu)缺點。
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(tǒng)安全隱患的主要來源，屬于物理層面，而鋰離子電池的安全隱患則主要來自于不易控制的鏈式反應(yīng)，屬于化學層面。因為鏈式反應(yīng)速度極其短暫。就可控性角度說，鋰離子電池的控制難度要高于燃料電池。不過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使得泄漏時間很短，加上高壓氫氣瓶耐撞擊、跌落、槍擊等非常規(guī)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，會導致電池極化內(nèi)阻急劇增加，一般廠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解決低溫問題。燃料電池低溫起步性能差，但隨著啟動后自身放熱的增加，電堆的溫度會很快穩(wěn)定在80-90℃的正常工作溫度范圍。不過關(guān)于燃料電池如何實現(xiàn)低溫啟動，特別是不使用外輔電前提下的低溫啟動是一個重要的研究課題。
第三，是從成本角度考慮。
總體上看，無論是燃料電池還是鋰離子電池，在價格上都要高于傳統(tǒng)能源。特別是氫氣的來源、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(nèi)難以取得優(yōu)勢。以大批量產(chǎn)數(shù)據(jù)來看，鋰電池成本最終會突破1000元/kwh；燃料電池的成本目前還是很高的，期望遠期大批量實現(xiàn)的前提下可能去接近于現(xiàn)在內(nèi)燃機的價格。
第四，是充電所需消耗的時間。
冗長的充電時間始終是鋰離子電池一個難以磨滅的痛點。在一般的充電模式下，一輛裝有鋰離子電池的車，需要耗費3到8個小時才能充滿。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，就能滿血復活。
第五，續(xù)航里程。
這可能是所以純電動汽車，特別是鋰離子電池汽車最大的痛點了。傳統(tǒng)的鋰離子電池在續(xù)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(xù)航里程上就能夠達到更遠。
第六：溫度影響。
燃料電池汽車可以通過整車綜合熱管理，保持和夏天一樣長的續(xù)航里程，這一點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(diào)加熱，都要消耗電量。燃料電池夏天的時候需消耗電量來給空調(diào)供電，而在冬天的時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(yīng)該比夏天還長。目前有機構(gòu)在開展基于朗肯循環(huán)的廢熱發(fā)電研究，若能實現(xiàn)將進一步提高燃料電池的效率。
第七：成本平衡。
燃料電池和純電動汽車的成本平衡點不同，乘用車是500公里左右，商用車100公里左右：
氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機，鋰離子電池系統(tǒng)更適合替代汽油機。
相對于遠程公交、雙班出租、城市物流、長途運輸?shù)纫恍┙煌ǚ绞?，燃料電池汽車具有清潔、零排放、續(xù)航里程長、加速時間短的特點，是適應(yīng)市場需求的最佳選擇，所以我們要及時地把產(chǎn)業(yè)化重點向燃料電池汽車拓展。
—— 全國政協(xié)副主席、中國科學技術(shù)協(xié)會主席萬鋼
還看得意猶未盡嗎？可以看看我們的往期推送：氫能源的新應(yīng)用場景：
麥肯錫權(quán)威預測：未來氫能在各大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿?/a>
