和锂电池相比，氢燃料电池有哪些优势你知道吗？
来源：宝鄂实业
2019-06-16 19:35
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自2018年我国提高了对纯电动乘用车的补贴门槛、补贴力度也有所下降，然而对氢燃料电池汽车却持鼓励态度，补贴平稳且持续到2020年不实行补贴退坡。与此同时，上海、广州、武汉、西安、杭州等城市，也都纷纷出台了相关政策，支持氢燃料电池汽车的发展。
那么，和锂电池相比，氢燃料电池有哪些优势？
从技术层面上来讲，锂电池生产技术成熟、产业链完善、可以批量化生产，且生产成本较低，目前正处于规模效应扩大阶段。根据公开资料显示，锂电池造价成本低，商业化运作则较为成熟。相对而言，氢燃料电池制造的难度较大，对于质子交换膜、关键材料催化剂、双极板等技术的要求较高，而这些关键技术，又主要掌握在美国、欧洲、日本等外国手中。
从环保层面来讲，锂电池能量密度为90到140Wh／kg，三元锂电池理论能量密度是300到350Wh／kg，密度较低，且易燃、反应产物有毒、含有多重金属，如果回收不当，就会对环境造成污染。如果锂电池能提升能量密度，优化循环使用寿命，会更具竞争力。
而氢燃料电池作为一种发电的装置，能量密度要高于锂离子电池，目前能达到600Wh／kg，理论上限是1到2万Wh／kg，提升空间较大。并且氢燃料电池可以直接加氢，补给时间较短，续航能力也能够轻松达到500km以上，排出物仅是水，没有污染，在使用寿命结束后，并不会对环境造成污染，符合环保理念。
从成本角度来看，随着技术的进步和商业化程度的提高，氢燃料电池成本下降的空间较大。而锂电池如果考虑到电网端扩容的成本，其综合配套成本高于燃料电池。锂电池的度电成本为1200元／kWh，电池成本为4．5万元。氢燃料电池成本主要是电池组和高压储氢罐，目前100kw电池组成本为10万元，预测年产50万台后，单位成本将降至2万元。
从时间来看，氢燃料电池加氢只需要3—20分钟；而锂电池充电则是一个缓慢的过程，大概需要30分钟—3个小时。即使特斯拉推出的超级充电站，通常也需要1个小时以上。
从续航里程来看，氢燃料电池可达600km以上，且提升空间大。而锂电池的续航里程为400km左右，续航里程很容易受环境温度的制约，而且会出现锂电池老化的现象。
综上来看，氢燃料电池的核心技术、车辆和加氢站建设的巨大成本、安全等问题依然是产业发展的巨大瓶颈。未来的汽车主要由电动机驱动，但汽车的未来是插电式的纯电动车还是氢燃料电池车，目前还无定论。从环保性和可持续发展的角度看，氢燃料电池比锂电池更有发展前景，但从短期的经济效益来看，发展锂电池要比氢燃料电池有市场竞争力。
据外媒报道，由于储能密度高，金属氧化物、硫化物和氟化物等材料，是前景极好的电动汽车锂离子电池电极材料。但是，它们的储能能力衰退很快。日前，科学家们通过研究一种带有氧化铁电极的锂离子电池发现，电池充放电超过100次后产生的损耗，是由氧化锂积累和电解质分解造成的。
研究过程中用到的氧化铁电极，由廉价无毒的磁铁矿制成。比起目前的电极材料，磁铁矿等转换型电极材料（即和锂发生反应时转换为全新产物），可以储存更多的能量，因为它们可以容纳更多锂离子。“然而，这些材料的储能能力衰减非常快，并且依赖于电流密度。例如，我们对磁铁矿的电化学测试显示，磁铁矿的容量在前10个高速充放电周期内急速下降。”此项研究负责人、功能纳米材料中心（CFN）电子显微镜小组的领导Dong Su表示。CFN是设于布鲁克海文国家实验室内的美国能源部科学用户设施办公室。
为了找出循环不稳定的原因，科学家们试图观察，当电池完成100次循环后，磁铁矿的晶体结构和化学性质变化情况。他们结合透射电子显微镜（TEM）和同步X射线吸收光谱（XAS），进行研究。TEM的电子束通过样本传输，产生特征物质的结构图像或衍射图案，XAS利用X射线来探测材料的化学性质。
科学家们利用这些技术发现，第一次放电时，磁铁矿完全分解成金属铁纳米颗粒和氧化锂。但在接下来的充电过程中，这种转化反应并不是完全可逆的，金属铁和氧化锂的残留物仍然存在。此外，磁铁矿原始的“尖晶石”结构在带电状态下演化为“岩盐”结构（在两种结构中，铁原子的位置并不完全相同）。在随后的充放电循环中，岩盐氧化铁与锂相互作用，形成氧化锂与金属铁纳米颗粒的复合物质。因为转化反应不是完全可逆的，这些残余产物会逐渐积累起来。科学家们还发现，电解质（使锂离子在两个电极之间流动的化学介质）在随后的循环中会分解。
在研究结果的基础上，科学家们提出一种储能能力衰退的解释。CFN电子显微镜小组的科学家、共同首席作者Sooyeon Hwang说，“由于氧化锂的电子导电性较低，它的积累会对在电池正负极之间穿梭的电子形成屏障，我们把它叫做内部钝化层。同样，电解质分解也会形成表面钝化层，阻碍离子传导。这些障碍累积起来，阻碍电子和锂离子到达发生电化学反应的活性电极材料。”
科学家们指出，在低电流下运行电池，可以通过减慢充电速度，恢复部分容量为电子传输提供足够的时间；然而，要彻底解决这一问题，还需要其他方案。他们认为，在电极材料中添加其他元素和改变电解质，可以改善容量衰减。
