目前替代石油車(chē)的主流技術(shù)路線就是鋰電池和燃料電池。燃料電池最大優(yōu)勢(shì)就是能量密度高，是鋰電池的120倍。但鋰電池起步早，商業(yè)化程度更高，整車(chē)成本也更低，且充電可以利用現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)，相比燃料電池整個(gè)加氫和供氫的配套網(wǎng)絡(luò)都要從頭建設(shè)，成本也要更低。因此這兩者的競(jìng)爭(zhēng)核心就是能量密度vs成本的競(jìng)爭(zhēng)。成本下降是個(gè)工程問(wèn)題，可以通過(guò)商業(yè)化來(lái)解決，而能量密度面對(duì)的卻是基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的瓶頸，基本上是無(wú)解。因此本質(zhì)上兩者的區(qū)別是“道與術(shù)”的區(qū)別，長(zhǎng)期看，燃料電池?zé)o疑潛力更大，也最有望成為下一代車(chē)用基礎(chǔ)能源。

 

 

　　能量密度提升是主線邏輯

 

　　人類歷史上每一次成功的能源變革，都有一個(gè)清晰的主線邏輯，就是能量密度出現(xiàn)數(shù)量級(jí)上的躍升。如煤炭比木柴高160倍，石油比煤炭也要高2倍。新能源只有具備能量密度上碾壓性的優(yōu)勢(shì)，才有能力顛覆傳統(tǒng)能源憑借著長(zhǎng)期發(fā)展建立起來(lái)的完善的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)配套，并逆轉(zhuǎn)其巨大的使用慣性。這也有些類似英爾特創(chuàng)始人格魯夫在IT領(lǐng)域提出的10倍速原理，即能夠成功顛覆的新技術(shù)一旦出現(xiàn)，基本就是星火燎原、勢(shì)不可擋。如汽油車(chē)比電動(dòng)車(chē)出現(xiàn)要晚20年，早期技術(shù)也更為不成熟，但還是憑借著能量密度高的優(yōu)勢(shì)，摧枯拉朽般的替代了電動(dòng)車(chē)。

 

 

 

　　近幾十年雖然各國(guó)都在大力推廣電動(dòng)車(chē)，但其占比依然很低，尚不足1%，核心就在于過(guò)往的電動(dòng)車(chē)都違反了能量密度提升這個(gè)能源變革的主線邏輯。哪怕是最新一代的鋰電池車(chē)，其能量密度極值也只有汽油的1/40，行業(yè)自然遲遲無(wú)法出現(xiàn)10倍速的改進(jìn)。但燃料電池的出現(xiàn)卻徹底改變了這一現(xiàn)狀。其以氫氣為原料，基礎(chǔ)能量密度是汽油的3倍，電動(dòng)機(jī)的做功效率還是內(nèi)燃機(jī)的2倍，實(shí)際密度是汽油的6倍，優(yōu)勢(shì)明顯。而且從人類過(guò)去百年的能源進(jìn)化史看，其本質(zhì)上就是碳?xì)浔鹊恼{(diào)整史，氫含量越高，能量密度越高，未來(lái)從碳能源轉(zhuǎn)向氫能源是大勢(shì)所趨，因此采用氫能源的燃料電池?zé)o疑更能代表歷史發(fā)展的方向，最有望成為下一代的基礎(chǔ)能源。

 

　　機(jī)動(dòng)車(chē)性能主要為續(xù)航能力、充電/充氫時(shí)間、輸出功率和安全性等。燃料電池能量密度遠(yuǎn)高于鋰電池，相應(yīng)電池容量，快充能力和續(xù)航里程就具備了天然的優(yōu)勢(shì)，即使是和鋰電池的頂級(jí)豪車(chē)Tesla相比也是大幅領(lǐng)先。但其功率密度不高，最大輸出功率取決于輔助的動(dòng)力電池系統(tǒng)，相應(yīng)最高時(shí)速和百公里加速指標(biāo)和鋰電池相差不大。為了便于比較，我們下文選取目前主流的2L排氣量汽油車(chē)，對(duì)應(yīng)45度鋰電池車(chē)和輸出功率100KW燃料電池車(chē)作為分析基準(zhǔn)。

 

　　能量密度比較

 

　　鋰電池作為蓄電池的一種，是個(gè)封閉體系，電池只是能量的載體，必須提前充電才能運(yùn)行，其能量密度取決于電極材料的能量密度。由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料，如從鉛酸、到鎳系、再到鋰電池。但鋰已經(jīng)是原子量最小的金屬元素，比鋰離子更好的正極材料理論上就只有純鋰電極，但能量密度其實(shí)也只有汽油的1/4，而且商業(yè)化的技術(shù)難度極大，幾十年內(nèi)都無(wú)望突破。因此鋰電池能量密度提升受制于理論瓶頸，空間非常有限，最多也就是從目前的160Wh/KG提高至300Wh/KG，即使達(dá)到也只有燃料電池的1/120，可謂輸在起跑線上。

 

　　體積能量密度比較

 

　　燃料電池的原料氫氣主要缺點(diǎn)就是體積能量密度不高，現(xiàn)在基本上是采用加壓來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。按照現(xiàn)行的700個(gè)大氣壓的加壓模式，其體積能量密度是汽油1/3。同樣跑300公里，燃料電池儲(chǔ)氫罐體積為100L，重量為30KG，對(duì)應(yīng)汽油車(chē)油箱為30L，但電動(dòng)機(jī)體積比內(nèi)燃機(jī)小80L，總體積相差不大。鋰電池車(chē)分為三元和磷酸鐵鋰兩種主流技術(shù)路線，代表企業(yè)為T(mén)esla和比亞迪。三元能量密度更高，但安全性差，需要輔助的安全保護(hù)設(shè)備，跑300公里所需的兩種電池體積分別為140L和220L，重量為0.4噸和0.6噸，都遠(yuǎn)高于燃料電池。展望未來(lái)如果儲(chǔ)氫合金和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)能夠突破，燃料電池體積能量密度將分別增加1.5倍和2倍，優(yōu)勢(shì)會(huì)更為明顯。