燃料電池要打敗鋰電池還需邁過的坎

　　近日，沂星電動旗下中國Blue-G新能源科技集團(tuán)公司與加拿大Hydrogenics簽署5000萬美元購買許可協(xié)議。協(xié)議約定，Hydrogenics公司將為中國1000輛零排放氫能燃料電池公交車配置系統(tǒng)。

　　無獨有偶，北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司與國達(dá)氫能源科技有限公司簽署了價值 1.2 億元的 500 套 30KW 車用燃料電池電堆訂單，并在 2017 年底前陸續(xù)交貨裝車。

　　大量燃料電池訂單背后，一方面是去年末，國家四部委推出的新補(bǔ)貼政策明確指出，燃料電池汽車補(bǔ)貼不退坡。目前，燃料電池根據(jù)車型實施補(bǔ)貼，力度是美國和日本的4倍。另一方面是燃料電池確實具有鋰電池不可比擬的高能量密度和高功率密度。

　　盡管鋰離子電池所采用的嵌入式反應(yīng)原理相較傳統(tǒng)二次電池的異相氧化還原反應(yīng)機(jī)理具有開創(chuàng)性意義，打破了負(fù)極必須是鋰源的傳統(tǒng)思想的束縛，也實現(xiàn)了高電壓高比能二次電池體系，并在社會商業(yè)上取得巨大成就。但燃料電池基于獨特的異相電催化和開放式工作原理，就電化學(xué)器件的角度而言，是相對而二次電池更高級的發(fā)展層次。

　　為什么說燃料電池相對二次電池是更高級的發(fā)展層次？

　　1、工作方式

　　首先，從工作方式上講，鋰電池就不可能有過高的能量密度。因為二次電池是密封式運行，也必須是向全密封系統(tǒng)發(fā)展而力求做到免維護(hù)，這點對鋰電而言尤為重要，也正是這一點決定了鋰電池的能量密度肯定是有限制的，而且不可能太高。否則密閉+高能=炸彈。

　　但是汽車發(fā)展又需要更高的能量密度，那就勢必要采用開放式工作原理，比如鋰空氣電池。從某種程度上講，鋰空氣電池也是一種半燃料電池，但由于一些基本的技術(shù)限制，決定了其不可能大規(guī)模應(yīng)用。因此，從追求能量密度的根本需求上看，燃料電池開放式的工作方式是相對二次電池是更高級的發(fā)展層次。

　　2、工作原理

　　其次，從燃料電池的工作原理看：不管是氫的氧化，還是氧的還原都可以在Pt/C催化劑表面獲得較高的交換電流密度，這使得氫燃料電池擁有極高的功率；而氫燃料電池的能量密度是取決于氫的儲存系統(tǒng)，可以通過簡單的增加儲氫罐體積或數(shù)量提升電池能量密度。也就是說，燃料電池同時具備著高能量密度和高功率密度。

　　而事實上目前為止沒有任何一種二次電池體系在能量密度和功率密度上可以跟PEMFC相提并論。值得注意的是續(xù)航和功率恰恰是現(xiàn)代汽車最基本的技術(shù)要求，當(dāng)然安全才是更優(yōu)先的要求，但無論怎么看，燃料電池的安全性都在二次電池之上。因此，站在電化學(xué)器件的角度，相較于二次電池，燃料電池更高的發(fā)展層次。

　　3、工作本質(zhì)

　　最后，從工作本質(zhì)上來看，二次電池是一個儲能裝置，通過可逆的電化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)電能的存儲和釋放。而燃料電池則是一個電能生產(chǎn)裝置，它通過電催化反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能釋放出來，工作方式跟內(nèi)燃機(jī)比較類似。

　　換句話說，鋰電池的能源轉(zhuǎn)換為電能到化學(xué)能再到電能，而燃料電池則是直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。從能源轉(zhuǎn)化的角度，燃料電池?zé)o疑是相對二次電池更高級的發(fā)展層次。

　　總結(jié)

　　即便氫燃料電池是高于鋰電池一個層級的系統(tǒng)，但實事求是，鋰離子電池當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)成熟度遠(yuǎn)高于燃料電池。目前氫燃料電池的發(fā)展面臨四大困境：1、氫燃料電池電堆的成本和使用壽命問題；2、氫氣大規(guī)模生產(chǎn)、運輸和加注(加氫站)過程的綜合使用成本較高；3、終端加氫站的建設(shè)是政府層級的難題；4、長遠(yuǎn)而言取決于氫氣的大規(guī)模廉價制備。

　　盡管2015年、2016年豐田、本田先后發(fā)布了燃料電池汽車，量產(chǎn)化的燃料電池汽車，實際上是引爆了整個行業(yè)，但以上氫燃料電池面臨的難點不得到解決，燃料電池汽車難以解決。而就氫燃料電池當(dāng)前的研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展而言，至少需要5-10年的時間才有可能實現(xiàn)燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化。（文/陳堯）