燃料电池要打败锂电池还需迈过的坎

　　近日，沂星电动旗下中国Blue-G新能源科技集团公司与加拿大Hydrogenics签署5000万美元购买许可协议。协议约定，Hydrogenics公司将为中国1000辆零排放氢能燃料电池公交车配置系统。

　　无独有偶，北京氢璞创能科技有限公司与国达氢能源科技有限公司签署了价值 1.2 亿元的 500 套 30KW 车用燃料电池电堆订单，并在 2017 年底前陆续交货装车。

　　大量燃料电池订单背后，一方面是去年末，国家四部委推出的新补贴政策明确指出，燃料电池汽车补贴不退坡。目前，燃料电池根据车型实施补贴，力度是美国和日本的4倍。另一方面是燃料电池确实具有锂电池不可比拟的高能量密度和高功率密度。

　　尽管锂离子电池所采用的嵌入式反应原理相较传统二次电池的异相氧化还原反应机理具有开创性意义，打破了负极必须是锂源的传统思想的束缚，也实现了高电压高比能二次电池体系，并在社会商业上取得巨大成就。但燃料电池基于独特的异相电催化和开放式工作原理，就电化学器件的角度而言，是相对而二次电池更高级的发展层次。

　　为什么说燃料电池相对二次电池是更高级的发展层次？

　　1、工作方式

　　首先，从工作方式上讲，锂电池就不可能有过高的能量密度。因为二次电池是密封式运行，也必须是向全密封系统发展而力求做到免维护，这点对锂电而言尤为重要，也正是这一点决定了锂电池的能量密度肯定是有限制的，而且不可能太高。否则密闭+高能=炸弹。

　　但是汽车发展又需要更高的能量密度，那就势必要采用开放式工作原理，比如锂空气电池。从某种程度上讲，锂空气电池也是一种半燃料电池，但由于一些基本的技术限制，决定了其不可能大规模应用。因此，从追求能量密度的根本需求上看，燃料电池开放式的工作方式是相对二次电池是更高级的发展层次。

　　2、工作原理

　　其次，从燃料电池的工作原理看：不管是氢的氧化，还是氧的还原都可以在Pt/C催化剂表面获得较高的交换电流密度，这使得氢燃料电池拥有极高的功率；而氢燃料电池的能量密度是取决于氢的储存系统，可以通过简单的增加储氢罐体积或数量提升电池能量密度。也就是说，燃料电池同时具备着高能量密度和高功率密度。

　　而事实上目前为止没有任何一种二次电池体系在能量密度和功率密度上可以跟PEMFC相提并论。值得注意的是续航和功率恰恰是现代汽车最基本的技术要求，当然安全才是更优先的要求，但无论怎么看，燃料电池的安全性都在二次电池之上。因此，站在电化学器件的角度，相较于二次电池，燃料电池更高的发展层次。

　　3、工作本质

　　最后，从工作本质上来看，二次电池是一个储能装置，通过可逆的电化学反应实现电能的存储和释放。而燃料电池则是一个电能生产装置，它通过电催化反应将燃料中的化学能转换成电能释放出来，工作方式跟内燃机比较类似。

　　换句话说，锂电池的能源转换为电能到化学能再到电能，而燃料电池则是直接将化学能转化成电能。从能源转化的角度，燃料电池无疑是相对二次电池更高级的发展层次。

　　总结

　　即便氢燃料电池是高于锂电池一个层级的系统，但实事求是，锂离子电池当前的产业和技术成熟度远高于燃料电池。目前氢燃料电池的发展面临四大困境：1、氢燃料电池电堆的成本和使用寿命问题；2、氢气大规模生产、运输和加注(加氢站)过程的综合使用成本较高；3、终端加氢站的建设是政府层级的难题；4、长远而言取决于氢气的大规模廉价制备。

　　尽管2015年、2016年丰田、本田先后发布了燃料电池汽车，量产化的燃料电池汽车，实际上是引爆了整个行业，但以上氢燃料电池面临的难点不得到解决，燃料电池汽车难以解决。而就氢燃料电池当前的研究和产业化进展而言，至少需要5-10年的时间才有可能实现燃料电池的大规模商业化。（文/陈尧）