傳統(tǒng)鉛酸電池。鉛酸電池比能量低，在新能源車重所需要占用的整體質(zhì)量以及體積比較大，一次充電可行駛的歷程比較短；使用壽命短，且后期使用成本高。此外，鉛酸電池充電時間長，鉛是重金屬，存在污染，與新能源動力車的概念背道而馳。

鋰電池在手機、計算機等設備中大量使用。燃料電池則是為了電動/混動車而誕生。利用氫氧化學反應產(chǎn)生電能，其燃燒產(chǎn)物為水和極少量二氧化碳，幾乎對環(huán)境沒有影響。

成本

成本高、制氫過程復雜成為燃料電池發(fā)展的主要障礙。氫氣通過電解或蒸汽重組的方法得到。不過這兩種方法成本頗高，制造同樣質(zhì)量的天然氣所需的成本為制氫的1/2甚至1/3。

鋰離子電池生產(chǎn)成本相對較低，此外其重復充電利用非常方便，相比其他可攜帶能源，其具有更高的成本效益。

環(huán)境影響

燃料電池和鋰離子電池對環(huán)境的影響都很小。前者燃燒產(chǎn)物為水，不會產(chǎn)生汽油/柴油燃燒后生成的溫室氣體。

鋰離子電池的放電產(chǎn)物可能由氧化鋰、氫氧化鋰等，對環(huán)境也不會造成影響。此外，鋰離子電池可重復利用。

基于以上幾點，這兩類電池成為了目前最受歡迎的電動車動力源。

材料

燃料電池中利用聚合物膜作為電極，支持氫氧反應后產(chǎn)生電能。聚合物膜必須經(jīng)過特殊加工，以承受高溫和機械應力。

鋰離子電池中的鋰離子能夠吸附電荷，因此電池才擁有儲電能力。鋰離子的質(zhì)量很輕，因此是汽車理想的動力源。

潛力

無論燃料電池還是鋰離子電池，相關的技術均還有大量進步的空間。如果燃料電池的成本能夠降低，則能夠真正作為汽油/柴油燃料的替代能源。

對于鋰電池來說，如果其能量密度能夠進一步提高，循環(huán)壽命能夠更長，則也是一種非常優(yōu)秀的驅(qū)動能源。

挑戰(zhàn)

對于燃料電池來說，還有多項技術難題等待解決。例如，鉑催化劑的高成本、密封技術的復雜工藝、體積龐大的儲氫罐以及啟動時間較長等問題。

操作原理與Li離子二次電池的操作原理相同，都是負極材料被正極材料氧化時，釋放電量。具體到燃料電池就是氫氧化形成水的反應，與緩慢燃燒一樣。所不同的是由H離子代替Li離子移動放電（發(fā)電），因此燃料電池也可以說是“H（氫）離子電池”。不過，目前已經(jīng)商用化的只有不能充電的一次電池。

二、與鋰離子二次電池相比有哪些特點？如果不能充電那是一次性的嗎？

氫氣本身的燃燒能量密度是汽油的3倍。即使是在燃料電池系統(tǒng)中，能量密度也高達鋰離子二次電池的5倍左右，因此可以使用很長時間。即使初始容量耗盡，也不會是一次性的。原因是正極材料（氧氣）在空氣中存在且不會消失。負極材料（氫）也是氣體，當它消耗完后可以重新填充。

三、氫氣來自哪里？

（例如）可以從水或太陽提取，然后將提取的氫氣在燃料電池中使用時，它又會變回水。太陽能發(fā)電和水電解設備，燃料電池可以說是通過水和氫將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的機制。

四、二十年前日本就在提燃料電池與氫氣社會，這一次是真的要來到了嗎？

最近，各種技術的發(fā)展和社會環(huán)境的變化顯示時機有到來的趨勢。例如：

輸出密度比20年前提高了3倍以上。

電動汽車（EV）、無人機等領域一度引起熱潮，但在實際用途中續(xù)航里程以及充電時間等痛點問題非常深刻，越來越多人意識到燃料電池可能解決上述問題。

目前普遍使用城市燃氣和甲醇作為燃料，但是存在氫轉(zhuǎn)化過程中一部分能量被消耗的問題。通過直接使用純氫，可以得出燃料電池的原始性能。目前基礎設施在逐步完善。

五、如果燃料電池出來，還需要鋰離子二次電池嗎？FCV與EV的關系將會如何？

最佳使用方式在技術上是不同的，通過組合使用燃料電池與鋰離子電池，可以創(chuàng)建迄今無法完成的新應用或避免浪費成本。而且許多現(xiàn)有的燃料電池汽車（FCV）配備了容量不小的二次電池，實際上是半EV產(chǎn)品的形態(tài)。所以經(jīng)濟合理性對于推廣才是最重要的，目前可預見的趨勢首先是與鋰離子二次電池一起使用才更合適。

FCV考慮首先從商用車輛（公共汽車，長途卡車，叉車，無人機等）引入，其中續(xù)航里程和稼動率很重要。如果未來自動駕駛普及的話，城市汽車采用FCV的可能性也很大。

六、有一種說法是日本雖然技術先進，但布局太早是否被孤立了？

雖然日本制造商在技術方面保持優(yōu)勢，但海外也在猛烈追趕。在市場開拓和發(fā)展氫氣供應基礎設施等方面，不如說海外現(xiàn)在的進展更快。美國Amazon和Walmart已經(jīng)共計導入了約2萬臺燃料電池（FC）叉車。日本早期布局很早，但中間睡覺了，猛然覺醒的當下，有點睡過頭的兔子的狀態(tài)。

七、與LIB電池將保持互補的關系

我們比較了面向汽車市場的LIB和FC兩種電池技術的特征。FC電池具備明顯優(yōu)勢的方面是：

（1）高能量密度，

FC電池與LIB電池不是競爭而是互補關系

FC系統(tǒng)與鋰離子二次電池（LIB）的比較。能量密度方面即使考慮氫氣罐等，F(xiàn)C系統(tǒng)依然勝出。另一方面，F(xiàn)C的負荷跟隨性和電力利用效率低。雖然容量增加可以實現(xiàn)低成本，但是高功率輸出的成本就比較昂貴。FC使用的加氫站日本國內(nèi)僅有大約100個，但快速充電器就有大約7000所，如果包含家用交流電源，則電動車得充電設施數(shù)量與FC差異巨大。

八、行駛距離越長差異就越大

使用EV卡車和FCV卡車時的差異（a）。EV卡車的速度通常相對較快，但巡航距離較短。此外，現(xiàn)有充電設施需要超過3個半小時才能充滿電。充電時間成為長途旅行的一大損失。另一方面，即使FCV卡車的行駛速度低，巡航距離很長，充氫只需15到20分鐘。因此，F(xiàn)CV卡車的平均時速更高。

為了區(qū)別應用，在不需要長續(xù)航距離的城市道路應用中，充電機會多且電力利用效率更高得EV是有利的，另一方面重型應用與無人機等電池的重能量密度很重要的應用，以及24小時駕駛的自動駕駛出租車等應用領域，F(xiàn)CV都成為更有利的選擇。最近，還開始開發(fā)用于自動駕駛車輛在氫站充氫時不需要人員介入的充氫機器人動向（b）。

九、LIB電池彌補FC電池的弱點

雖然按照上面得說法即使都用FCV電池看起來也還不錯，但現(xiàn)實并非如此，同樣FCV還存在一些弱點。具體而言，（1）短距離應用中的電力使用效率低，（2）負載跟隨能力低，（3）不容易實現(xiàn)高功率輸出，（4）充電基礎設施，即充氫站的數(shù)量是遠遠不夠。

十、電力的一般利用效率與汽車效率不同

考慮到諸如FC和LIB等二次電池的一般電力使用效率，F(xiàn)C僅具有LIB（a）的1/2效率。這是因為FC需要將電轉(zhuǎn)換成氫，壓縮并輸送，然后再次將氫轉(zhuǎn)換成電的過程中損失很大。另一方面，如果考慮巡航范圍不同的車輛功率使用效率，車輛或無人駕駛飛機二次電池重量能量密度低。同時因為運輸電池本身也會消耗電量，如果通過加大電池數(shù)量來提高續(xù)航里程效率反而會急劇下降（b）。

所以符合這一邏輯的構圖是LIB電池僅適用于通過小電池容量就能滿足的短距離駕駛EV。裝載大容量電池以獲得續(xù)航里程的EV車型中，大部分電力將用來運輸電池本身，實際效率將低于FCV車型。無人駕駛飛機應用上這一邏輯更加明顯。

許多FCV車型實際是二次電池和FC電池的混合動力型

根據(jù)馬力和續(xù)航里程對目前市面已經(jīng)發(fā)布的EV和FCV進行了分類，F(xiàn)CV大約具備相同馬力的EV車型兩倍的續(xù)航里程。然而，最近的FCV車型一般都會搭載小型EV差不多相同容量的二次電池，由二次電池和FC的混合系統(tǒng)進行驅(qū)動。

十一、單獨的DRAM，或單獨的HDD都無法獨自驅(qū)動

順便提一下，LIB和FC在內(nèi)的存儲能源技術之間的關系非常類似于計算機存儲器中DRAM，SSD，HDD，磁帶等的關系（圖10）。盡管DRAM具有低延遲，但是增加容量需要很大的成本，因此人們將它與SSD（盡管延遲稍大，但比特率低）結(jié)合使用。此外，為了確保更大的記錄容量或長期存儲一般用HDD，而日常則與系統(tǒng)分開保管的磁帶更受歡迎。

FC電池類似于存儲器中HDD或是磁帶的定位

根據(jù)數(shù)據(jù)記錄（存儲器）技術的特性差異進行區(qū)分（a），以及根據(jù)各種蓄電/存儲能量技術的特性差異（b）進行比較。在成本和響應性方面，LIB電池類似于存儲器技術中閃存一樣的存在。另一方面，F(xiàn)C電池對應于HDD和磁帶。類似于存儲技術中結(jié)合不同特性的技術使得個人計算機等成為更加有用的設備，利用蓄電/能量存儲技術的組合也有可能產(chǎn)生更高價值。

LIB作為能量儲存技術在相對短時間內(nèi)充放電用途上由于高效率等優(yōu)勢實用價值高，但用于大規(guī)?；蜷L期存儲的目的則成本太高。與之相反，F(xiàn)C電池在長時間內(nèi)充放電用途上性能優(yōu)異，可以成為非常低成本的長期存儲手段。如果LIB和FC互相補充對方的弱點，則在一些目前各自單獨都無法完成的用途上產(chǎn)生新突破的可能性極其高。

十二、LIB和FC電池兩面夾擊“抽水蓄電“

甚至還出現(xiàn)了將上述觀點細化研究形成的論文，考慮了制造成本和使用成本的長期變化，以及使用的差異等。2019年1月，英國帝國理工學院的研究人員展示了9種儲能技術的最低利用成本的應用及這些技術隨時間的變化，包括LIB和FC電池。

十三、未來的LIB和燃料電池/氫將成為主要的存儲技術

英國帝國理工學院（a）研究人員所展示的放電頻率和放電時間成本競爭力最高的技術。對九種技術（LIB電池，F(xiàn)C/氫，NAS（鈉-硫）電池，鉛（Pb）電池，氧化還原液流釩利用率（VRFB），空氣壓縮，抽水發(fā)電蓄能，風車，雙電層電容器）從2015年到2050年的成本變遷進行了比較。色密度越高，成本競爭力越高。縱軸的放電時間與功率容量和備用容量等高相關，這意味著，只要放電時間越長，放電頻率越?。ㄗ笊蠀^(qū)域）就越適合大容量的電量儲存。2040年，LIB電池將部分取代抽水蓄能發(fā)電的主要應用，而FC/氫氣已確立了其大型電力的儲備技術地位。如假設抽水蓄能發(fā)電不能使用，2030年后FC/氫氣和LIB將變成新的兩大儲能技術（b）。

根據(jù)這一推測，成本競爭力強的LIB電池取代的將不是FC電池而是抽水發(fā)電。2015年左右抽水發(fā)電成本最低的許多地區(qū)將在2040年被LIB電池取代。雖然抽水蓄能發(fā)電和LIB的“邊界”在2015年重點放在放電是否超過1小時，但到了2040年后LIB價格大幅下降，甚至到放電需要12小時的一些用途上，LIB都能體現(xiàn)出成本優(yōu)勢。

目前，日本及歐美電力系統(tǒng)都已經(jīng)開始大量引入LIB以維持電力產(chǎn)量水平。例如，GSYuasa計劃在2020財年之后向北海道電力公司的電力系統(tǒng)引入額定輸出功率為240兆瓦，容量為720兆瓦時的LIB電池。在考慮LIB的成本時，重要的不僅僅是容量，而是額定輸出和容量之間的關系。上述情況下的容量額定輸出為3小時。鑒于上述論文，考慮到2015年后LIB的價格下跌，將其與抽水蓄能發(fā)電區(qū)分是合理的。反過來假設要在此額定輸出下繼續(xù)放電24小時，則需要5.76GWh（5760MWh）的容量，目前來說是不現(xiàn)實的。

另一方面，在更長充放電時間的使用用途上，F(xiàn)C/氫技術也逐漸侵蝕當前的抽水蓄電的使用區(qū)域，2040年之后將成為持續(xù)3天以上放電用途中成本最為低廉的技術。事實上，在英國，氫被用作儲存數(shù)月電力的一種儲存技術已經(jīng)在使用。