钜大LARGE | 点击量：663次 | 2022年03月22日
锂离子电池和氢燃料动力锂电池的一些分解
锂离子电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，今朝惟有少数几个国家的公司在加工这种锂金属电池。
氢燃料动力电池
氢燃料动力电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
氢燃料动力电池特点无污染燃料动力电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式－－最典型的传统后备电源方法。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料动力电池只会萌生水和热。假如氢是通过可再生能源萌生的（光伏电池板、风能发电等），整个循环就是彻底的不萌生有害物质排放的过程。
无噪声燃料动力电池运行静谧，噪声约莫惟有55db，相当于人们正常攀谈的水平。这使得燃料动力电池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
高效率燃料动力电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料动力电池的转换性质决定的，笔直将化学能转换为电能，不要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。
氢燃料动力电池和锂离子电池比较分解
纵观人类历史，文明的进步本质上就是能量输出强度的进步。早期的农业文明，动力以人畜、木柴等生物能为主，输出功率非常有限，还受到土地承载能力的限制，经济只能在低水平不断循环;18世纪工业革命后，随着蒸汽机和内燃机的推广，基础能源变为以煤炭、石油为代表的化石能源，能量密度提升了上百倍，GDP也终于冲破了"马尔萨斯陷阱"的束缚，呈现了指数型的上升。目前全球能源结构为原油33%，天然气24%、煤炭30%，核电4%、水电7%和新能源2%，化石能源居于绝对主导地位。但展望将来，我们判断人类能源结构已经到了再次大变革的前夜，石油将有望在30年内被全面替代，以燃料动力电池为代表的氢能源将成为新的主导能源！
能量密度比较
锂离子电池作为蓄电池的一种，是个关闭体系，电池只是能量的载体，非得提前充电才能运行，其能量密度取决于电极材料的能量密度。由于目前负极材料的能量密度远大于正极，所以提高能量密度就要不断升级正极材料，如从铅酸、到镍系、再到锂离子电池。但锂已经是原子量最小的金属元素，比锂离子更好的正极材料理论上就惟有纯锂电极，但能量密度其实也惟有汽油的1/4，而且商业化的技术难度极大，几十年内都无望冲破。因此锂离子电池能量密度提升受制于理论瓶颈，空间非常有限，最多也就是从目前的160Wh/KG提高至300Wh/KG，即使达到也惟有燃料动力电池的1/120，可谓输在起跑线上。
体积能量密度比较
燃料动力电池的原料氢气重要缺点就是体积能量密度不高，今朝基本上是采用加压来处理这个问题。按照现行的700个大气压的加压模式，其体积能量密度是汽油1/3。同样跑300公里，燃料动力电池储氢罐体积为100L，重量为30KG，对应汽油车油箱为30L，但电动机体积比内燃机小80L，总体积相差不大。锂离子电池车分为三元和磷酸铁锂两种主流技术路线，代表公司为Tesla和比亚迪。三元能量密度更高，但安全性差，要辅助的安全保护设备，跑300公里所需的两种电池体积分别为140L和220L，重量为0.4吨和0.6吨，都远高于燃料动力电池。展望将来假如储氢合金和低温液态储氢技术能够冲破，燃料动力电池体积能量密度将分别新增1.5倍和2倍，优点会更为分明。
功率密度比较
燃料动力电池本质上可以理解为以氢气为原料的化学发电系统，因此输出功率比较稳定，为了最大提高放电功率非得附加动力锂电池系统，如丰田Mirai就是配套镍氢电池。但作为一个开放的动力系统，其能量来自于外部输入，附加的镍氢电池不要考虑储能的问题，只要5-8度就能满足需求，对电池寿命的要求也不高，在真切工况下的使用限制很少。锂离子电池虽然理论放电效率很高，但为了不伤害电池寿命，使用限制很多。在洋溢电的情况下不能大倍率放电，快速放电只适用0-80%这个区间。即使如此，以5C倍率放电，试验室中的电池循环寿命也会缩短到惟有600次，真切工况下会进一步降至400次，如Telsa即使最大功率可达310KW，但实际放电倍率也惟有4C。而且锂离子电池作为能量密度不高的关闭储能体系，高功率放电和高续航里程基本很难兼容，除非大幅提升电池重量。即使Tesla采用了目前能量密度最好的三元电池，其电池包件重量都接近半吨。
安全性比较
除了上述指标，安全性关于机动车来说无疑也非常关键。锂离子电池作为关闭的能量体系，从原理上高能量密度和安全性就很难兼容，否则就等同于炸弹。因此今朝主流工艺路线中，能量密度低的磷酸铁锂安全性却较好，电池温度达到500-600度时才开始分析，基本不要太多的保护辅助设备。Telsa采用的三元电池能量密度虽高，但不耐高温，250-350度就会分析，安全性差。其处理办法是并联了超过7000节电池，大幅降低了单个电池漏液，爆炸带来的危险，即使如此也还要结合一套复杂的电池保护设备。并且前期发生的几次事故，虽然得益于Telsa的安全设计并没有出现人员伤亡，但就事故本身而言，其实都是非常轻微的碰撞，车身也没有收到什么伤害，但电池却着火了，也侧面反映了其安全性上天然的劣势。
原料成本比较
2L汽油车百公里耗油为10升，5.8元/L的汽油售价，成本为58元。锂离子电池车百公里耗电量为17度，0.65元/度电成本，成本11元。燃料动力电池百公里消耗氢气9方，制氢方式重要分为电解水或者化学反应，如煤制氢、天然气制氢等。电解水成本重要是电，均匀5度电1方氢气，成本约为3.8元/方，但可以在加氢站笔直电解，省掉运输费用。假如采用化石能源大规模聚集加工，国内成本最低的是煤制氢气，约为1.4元/方，北美则可利用廉价的天然气，成本在0.9元/方。假如我们以煤制气成本作为标准，百公里原料成本12.6元，和锂离子电池差别不大。
配套成本比较
加氢站、加油站、充电站成本重要分为土地成本、设备成本、建设成本，差别重要体今朝设备成本。加油站基本在300万元，充电站为430万元，加氢站以日本目前的标准预计为1500万元，整体上加氢站成本要高1000万元左右。按照15年折旧，每年销气量1000万方，则折旧成本为0.1元/方。小规模时氢气一般以槽罐车运输，预计运费为0.44元/方，规模张大后则可采用管网运输，成本会下降至0.23元/方。
虽然锂离子电池现阶段依托于现成的电网系统，配套成本很低。但假如大规模推广，现有电网的容量冗余基本都将被耗尽，将来非得要大规模扩容。因此充电站本质上是将配套成本外部化给了电网，因此计算其全产业链成本时还要添加电网端的成本。一般商业化运营的充电站至少都要达到1小时快充的标准，对应10个充电桩组成的充电站的功率都要达到600千瓦，相当于上百户家庭的用电负荷，对电网负荷的冲击极大。对应电网要新增投资120万元来扩容负荷，但每年新增售电量惟有93万度，按照0.65元/度购电成本，电网端15年收回投资测算，则售价要在成本基础上新增0.18元/度。
销售端成本测算
加油站的销售网络已经非常成熟，其每小时的利润水平可以作为加注站合理回报的测算基准。对应加氢站每方价差为0.51元，锂离子电池每度电则为4.9元。该电价情况下，锂离子电池车基本无法推广。目前国家规定充电站服务费上限为0.4元/度，但其背景是给予了大量补贴。但没有任何产业可以长期依赖补贴来发展，将来假如锂离子电池的充电效率不显著提升，在加注站这个环节，公司的盈利水平会大幅低于加油站和加氢站。没有合理回报，在目前寸土寸金的大城市，投资者根本没有任何激励去推广充电站，产业自然也无法发展。但锂离子电池低能量密度过低，假如强行实现高充电效率，电池循环寿命面对的工程挑战就会非常巨大。而且即使能实现3分钟快充，但对应单个充电桩的功率要高达1200千瓦，每个充电站都要配套一个110千伏变电站。其投资高达5000万元，占地5000平米，且周围300米还不能有居民楼，关于今朝沿海大城市在操作层面上挑战也很大。
总计成本
综合上述所有成本，汽油车、锂离子电池车、现阶段和充足商业化后燃料动力电池车的百公里成本为58、83、23和20元。由于销售价差占锂离子电池成本比重很高，我们考虑到充电桩设备投资是加氢站的1/3，将其小时利润降至1.4元，综合成本也还有37元，燃料动力电池车长期成本优点依然非常分明。其实这所有的根源还在于燃料动力电池能量密度最高，同等商业化情况下，成本自然具备优点。
新能源车发展的一个紧要逻辑就是节能环保，这对我国无疑更为紧要。目前我国不但空气污染严重，而且石油进口依存度高达60%，其中85%还要经过美国控制的马六甲海峡，能源安全已成为我们国家安全的最大软肋。因此国家给予新能源车巨额补贴，一个紧要原由就是为了缓解对石油的进口依存度。那么下文我们就从节能、环保和资源约束等方面对两者进行比较，详尽如下：
节能环保比较
燃料动力电池原料氢气在我国目前最经济的手段是煤制氢，锂离子电池的原料电力，在我国也重要来自于煤炭发电。因此这两者本质上能量都来自于煤炭，碳排放只不过是转移给了上游，因此是不是节能，重要就是看能量转换效率。目前锂离子电池车每百公里耗电17度，对应6.8公斤煤炭;燃料动力电池每百公里耗氢9方，储运环节损耗20%，对应煤炭为7.3公斤;汽油车每百公里耗油10L，碳排放相当于10公斤煤炭。其实新能源车的节能效果都不分明，其核心价值还是在于将一次能源消耗从石油转化为我国储量丰富的煤炭，缓解了能源安全问题。而从环保看，燃料动力电池几乎没有尾气排放，锂离子电池也惟有少量排放，全产业的污染重要聚集在上游。但比起解决分散的汽油车尾气排放，上游的聚集治污无疑难度要小很多。综合而言，燃料动力电池全产业链的污染最低，基本可以认为是最佳的绿色车用能源。
