近年來，我國對于燃料電池產(chǎn)業(yè)化的推動(dòng)，堅(jiān)定而又明確。氫燃料電池是未來國家發(fā)展能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)前，有利于氫燃料電池汽車發(fā)展的外部環(huán)境正在逐步形成，氫燃料電池領(lǐng)域正在成為行業(yè)新的發(fā)展方向。

自2018年我國提高了對純電動(dòng)乘用車的補(bǔ)貼門檻、補(bǔ)貼力度也有所下降，然而對氫燃料電池汽車卻持鼓勵(lì)態(tài)度，補(bǔ)貼平穩(wěn)且持續(xù)到2020年不實(shí)行補(bǔ)貼退坡。與此同時(shí)，上海、廣州、武漢、西安、杭州等城市，也都紛紛出臺(tái)了相關(guān)政策，支持氫燃料電池汽車的發(fā)展。

那么，和鋰電池相比，氫燃料電池有哪些優(yōu)勢？

從技術(shù)層面上來講，鋰電池生產(chǎn)技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)鏈完善、可以批量化生產(chǎn)，且生產(chǎn)成本較低，目前正處于規(guī)模效應(yīng)擴(kuò)大階段。根據(jù)公開資料顯示，鋰電池造價(jià)成本低，商業(yè)化運(yùn)作則較為成熟。相對而言，氫燃料電池制造的難度較大，對于質(zhì)子交換膜、關(guān)鍵材料催化劑、雙極板等技術(shù)的要求較高，而這些關(guān)鍵技術(shù)，又主要掌握在美國、歐洲、日本等外國手中。

從環(huán)保層面來講，鋰電池能量密度為90到140Wh／kg，三元鋰電池理論能量密度是300到350Wh／kg，密度較低，且易燃、反應(yīng)產(chǎn)物有毒、含有多重金屬，如果回收不當(dāng)，就會(huì)對環(huán)境造成污染。如果鋰電池能提升能量密度，優(yōu)化循環(huán)使用壽命，會(huì)更具競爭力。

而氫燃料電池作為一種發(fā)電的裝置，能量密度要高于鋰離子電池，目前能達(dá)到600Wh／kg，理論上限是1到2萬Wh／kg，提升空間較大。并且氫燃料電池可以直接加氫，補(bǔ)給時(shí)間較短，續(xù)航能力也能夠輕松達(dá)到500km以上，排出物僅是水，沒有污染，在使用壽命結(jié)束后，并不會(huì)對環(huán)境造成污染，符合環(huán)保理念。根據(jù)我國“十三五”新能源汽車規(guī)劃，2020年我國新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量預(yù)計(jì)達(dá)到500萬輛。在補(bǔ)貼激勵(lì)下，進(jìn)入電動(dòng)車制造行業(yè)的企業(yè)如雨后春筍，動(dòng)力電池用量也隨之水漲船高。根據(jù)市場研究預(yù)測，2020年動(dòng)力電池的報(bào)廢量大約會(huì)達(dá)到20萬噸（20GWh）。到2025年，報(bào)廢量預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到100萬噸（100GWh）；而到了2030年，預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到300萬噸（300GWh）的驚人數(shù)字。

目前我國動(dòng)力電池主要是以磷酸鐵鋰和三元鋰電池為主，還有少量的鈷酸鋰、錳酸鋰電池和鈦酸鋰。據(jù)相關(guān)資料顯示，廢舊動(dòng)力鋰電池中含有大量的錳、鈷、鎳等重金屬元素，同時(shí)在其電解液中也包含有例如六氟磷酸鋰這樣的高毒性物質(zhì)，以及其它容易揮發(fā)性有機(jī)物，如果得不到妥善處置，不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)對環(huán)境造成巨大污染。

從成本角度來看，隨著技術(shù)的進(jìn)步和商業(yè)化程度的提高，氫燃料電池成本下降的空間較大。而鋰電池如果考慮到電網(wǎng)端擴(kuò)容的成本，其綜合配套成本高于燃料電池。鋰電池的度電成本為1200元／kWh，電池成本為4．5萬元。氫燃料電池成本主要是電池組和高壓儲(chǔ)氫罐，目前100kw電池組成本為10萬元，預(yù)測年產(chǎn)50萬臺(tái)后，單位成本將降至2萬元。

從時(shí)間來看，氫燃料電池加氫只需要3—20分鐘；而鋰電池充電則是一個(gè)緩慢的過程，大概需要30分鐘—3個(gè)小時(shí)。即使特斯拉推出的超級充電站，通常也需要1個(gè)小時(shí)以上。

從續(xù)航里程來看，氫燃料電池可達(dá)600km以上，且提升空間大。而鋰電池的續(xù)航里程為400km左右，續(xù)航里程很容易受環(huán)境溫度的制約，而且會(huì)出現(xiàn)鋰電池老化的現(xiàn)象。

據(jù)外媒報(bào)道，由于儲(chǔ)能密度高，金屬氧化物、硫化物和氟化物等材料，是前景極好的電動(dòng)汽車鋰離子電池電極材料。但是，它們的儲(chǔ)能能力衰退很快。日前，科學(xué)家們通過研究一種帶有氧化鐵電極的鋰離子電池發(fā)現(xiàn)，電池充放電超過100次后產(chǎn)生的損耗，是由氧化鋰積累和電解質(zhì)分解造成的。

研究過程中用到的氧化鐵電極，由廉價(jià)無毒的磁鐵礦制成。比起目前的電極材料，磁鐵礦等轉(zhuǎn)換型電極材料（即和鋰發(fā)生反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)換為全新產(chǎn)物），可以儲(chǔ)存更多的能量，因?yàn)樗鼈兛梢匀菁{更多鋰離子。“然而，這些材料的儲(chǔ)能能力衰減非?？欤⑶乙蕾囉陔娏髅芏?。例如，我們對磁鐵礦的電化學(xué)測試顯示，磁鐵礦的容量在前10個(gè)高速充放電周期內(nèi)急速下降。”此項(xiàng)研究負(fù)責(zé)人、功能納米材料中心（CFN）電子顯微鏡小組的領(lǐng)導(dǎo)Dong Su表示。CFN是設(shè)于布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室。

為了找出循環(huán)不穩(wěn)定的原因，科學(xué)家們試圖觀察，當(dāng)電池完成100次循環(huán)后，磁鐵礦的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化情況。他們結(jié)合透射電子顯微鏡（TEM）和同步X射線吸收光譜（XAS），進(jìn)行研究。TEM的電子束通過樣本傳輸，產(chǎn)生特征物質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖像或衍射圖案，XAS利用X射線來探測材料的化學(xué)性質(zhì)。

科學(xué)家們利用這些技術(shù)發(fā)現(xiàn)，第一次放電時(shí)，磁鐵礦完全分解成金屬鐵納米顆粒和氧化鋰。但在接下來的充電過程中，這種轉(zhuǎn)化反應(yīng)并不是完全可逆的，金屬鐵和氧化鋰的殘留物仍然存在。此外，磁鐵礦原始的“尖晶石”結(jié)構(gòu)在帶電狀態(tài)下演化為“巖鹽”結(jié)構(gòu)（在兩種結(jié)構(gòu)中，鐵原子的位置并不完全相同）。在隨后的充放電循環(huán)中，巖鹽氧化鐵與鋰相互作用，形成氧化鋰與金屬鐵納米顆粒的復(fù)合物質(zhì)。因?yàn)檗D(zhuǎn)化反應(yīng)不是完全可逆的，這些殘余產(chǎn)物會(huì)逐漸積累起來?？茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)（使鋰離子在兩個(gè)電極之間流動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)）在隨后的循環(huán)中會(huì)分解。

在研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們提出一種儲(chǔ)能能力衰退的解釋。CFN電子顯微鏡小組的科學(xué)家、共同首席作者Sooyeon Hwang說，“由于氧化鋰的電子導(dǎo)電性較低，它的積累會(huì)對在電池正負(fù)極之間穿梭的電子形成屏障，我們把它叫做內(nèi)部鈍化層。同樣，電解質(zhì)分解也會(huì)形成表面鈍化層，阻礙離子傳導(dǎo)。這些障礙累積起來，阻礙電子和鋰離子到達(dá)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的活性電極材料。”

科學(xué)家們指出，在低電流下運(yùn)行電池，可以通過減慢充電速度，恢復(fù)部分容量為電子傳輸提供足夠的時(shí)間；然而，要徹底解決這一問題，還需要其他方案。他們認(rèn)為，在電極材料中添加其他元素和改變電解質(zhì)，可以改善容量衰減。