近幾十年盡管各國都在大力推行電動車，但其占比依然很低，尚不足1%，核心就在于過往的電動車都違反了能量密度提升這個動力變革的主線邏輯。哪怕是最新一代的鋰電池車，其能量密度極值也只要汽油的1/40，行業(yè)天然遲遲無法呈現(xiàn)10倍速的改善。但燃料電池的呈現(xiàn)卻徹底改變了這一現(xiàn)狀。其以氫氣為質料，根底能量密度是汽油的3倍，電動機的做功功率還是內燃機的2倍，實踐密度是汽油的6倍，優(yōu)勢明顯。并且從人類曩昔百年的動力進化史看，其本質上便是碳氫比的調整史，氫含量越高，能量密度越高，未來從碳動力轉向氫動力是大勢所趨，因而選用氫動力的燃料電池無疑更能代表前史開展的方向，最有望成為下一代的根底動力。 

 

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機動車功能首要為續(xù)航才能、充電/充氫時刻、輸出功率和安全性等。燃料電池能量密度遠高于鋰電池，相應電池容量，快充才能和續(xù)航路程就具備了天然的優(yōu)勢，即便是和鋰電池的尖端豪車Tesla比較也是大幅領先。但其功率密度不高，最大輸出功率取決于輔佐的動力電池系統(tǒng)，相應最高時速和百公里加速目標和鋰電池相差不大。為了便于比較，咱們下文選取現(xiàn)在干流的2L排氣量汽油車，對應45度鋰電池車和輸出功率100KW燃料電池車作為分析基準。 

 

能量密度比較 

 

鋰電池作為蓄電池的一種，是個關閉系統(tǒng)，電池僅僅能量的載體，必須提早充電才能運轉，其能量密度取決于電極資料的能量密度。因為現(xiàn)在負極資料的能量密度遠大于正極，所以進步能量密度就要不斷晉級正極資料，如從鉛酸、到鎳系、再到鋰電池。但鋰現(xiàn)已是原子量最小的金屬元素，比鋰離子更好的正極資料理論上就只要純鋰電極，但能量密度其實也只要汽油的1/4，并且商業(yè)化的技術難度極大，幾十年內都無望突破。因而鋰電池能量密度提升受制于理論瓶頸，空間十分有限，最多也便是從現(xiàn)在的160Wh/KG進步至300Wh/KG，即便達到也只要燃料電池的1/120，可謂輸在起跑線上。 

 

體積能量密度比較 

 

燃料電池的質料氫氣首要缺點便是體積能量密度不高，現(xiàn)在底子上是選用加壓來解決這個問題。依照現(xiàn)行的700個大氣壓的加壓模式，其體積能量密度是汽油1/3。同樣跑300公里，燃料電池儲氫罐體積為100L，分量為30KG，對應汽油車油箱為30L，但電動機體積比內燃機小80L，總體積相差不大。鋰電池車分為三元和磷酸鐵鋰兩種干流技術道路，代表企業(yè)為Tesla和比亞迪。三元能量密度更高，但安全性差，需求輔佐的安全維護設備，跑300公里所需的兩種電池體積別離為140L和220L，分量為0.4噸和0.6噸，都遠高于燃料電池。展望未來假如儲氫合金和低溫液態(tài)儲氫技術能夠突破，燃料電池體積能量密度將別離添加1.5倍和2倍，優(yōu)勢會更為明顯。 

 

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功率密度比較 

 

燃料電池本質上能夠理解為以氫氣為質料的化學發(fā)電系統(tǒng)，因而輸出功率比較穩(wěn)定，為了最大進步放電功率必須附加動力電池系統(tǒng)，如豐田Mirai便是配套鎳氫電池。但作為一個敞開的動力系統(tǒng)，其能量來自于外部輸入，附加的鎳氫電池不需求考慮儲能的問題，只要5-8度就能滿意需求，對電池壽數(shù)的要求也不高，在真實工況下的運用束縛很少。鋰電池盡管理論放電功率很高，但為了不損傷電池壽數(shù)，運用束縛很多。在充滿電的情況下不能大倍率放電，快速放電只適用0-80%這個區(qū)間。即便如此，以5C倍率放電，實驗室中的電池循環(huán)壽數(shù)也會縮短到只要600次，真實工況下會進一步降至400次，如Telsa即便最大功率可達310KW，但實踐放電倍率也只要4C。并且鋰電池作為能量密度不高的關閉儲能系統(tǒng)，高功率放電和高續(xù)航路程底子很難兼容，除非大幅提升電池分量。即便Tesla選用了現(xiàn)在能量密度最好的三元電池，其電池組件分量都挨近半噸。 

 

安全性比較 

 

除了上述目標，安全性關于機動車來說無疑也十分要害。鋰電池作為關閉的能量系統(tǒng)，從原理上高能量密度和安全性就很難兼容，不然就等同于炸彈。因而現(xiàn)在干流工藝道路中，能量密度低的磷酸鐵鋰安全性卻較好，電池溫度達到500-600度時才開端分化，底子不需求太多的維護輔佐設備。Telsa選用的三元電池能量密度雖高，但不耐高溫，250-350度就會分化，安全性差。其解決方法是并聯(lián)了超越7000節(jié)電池，大幅降低了單個電池漏液，爆破帶來的危險，即便如此也還需求結合一套雜亂的電池維護設備。并且前期發(fā)作的幾次事端，盡管得益于Telsa的安全規(guī)劃并沒有呈現(xiàn)人員傷亡，但就事端自身而言，其實都是十分輕微的磕碰，車身也沒有收到什么損傷，但電池卻著火了，也旁邊面反映了其安全性上天然的下風。 

 

燃料電池因為質料氫氣易燃易爆，商場遍及擔心其安全性問題。但如咱們下表的數(shù)據(jù)，比較汽油蒸汽和天然氣這兩種常見的車用可燃氣體，氫氣的安全性并不差，乃至還略好。現(xiàn)在車用儲氫裝置都選用碳纖維資料，在80KM/h速度多角度磕碰測驗中都能夠做到毫發(fā)無損。即便車禍導致走漏，因為氫氣爆破要求濃度高，在爆破前一般就現(xiàn)已開端焚燒，反而很難爆破。并且氫氣分量輕，溢出系統(tǒng)的氫氣著火后會敏捷向上升起，反而一定程度上維護了車身和乘客。而汽油為液態(tài)，鋰電池為固態(tài)，很難在大氣中上升，焚燒都在車艙底部，整車會敏捷著火報廢。氫氣儲運環(huán)節(jié)其實和LNG十分類似，僅僅所需壓力更大，跟著商業(yè)化推進，其全體安全性也還是可控的。 

 

電池車的本錢首要分為整車本錢、質料本錢、配套本錢?，F(xiàn)在對燃料電池詬病最多便是本錢太高，但用開展的眼光看，跟著技術進步和商業(yè)化程度進步，其本錢下降的空間很大。而鋰電池假如考慮到電網端擴容的本錢，其實歸納配套本錢還高于燃料電池，詳細測算如下： 

 

整車本錢比較 

 

鋰電池、燃料電池和傳統(tǒng)汽油車，整車本錢的差異首要體現(xiàn)在發(fā)動機本錢，其他組件差異不大。2L汽油車發(fā)動機本錢在3萬元左右，未來也很難有太大的變化。現(xiàn)有鋰電池的度電本錢為1200元/kWh，未來有望降至1000元/kWh，45度電動車，電池本錢為4.5萬元。燃料電池本錢首要是電池組和高壓儲氫罐，現(xiàn)在100kw電池組本錢為10萬元，預測年產50萬臺后，單位本錢將降至30美元/KW，即2萬元。現(xiàn)有儲氫罐本錢為6萬元，未來有望降至3.5萬元，總本錢為5.5萬元。長時間看三種動力系統(tǒng)的本錢相差不大，可見整車本錢并不是核心問題。 

 

質料本錢比較 

 

2L汽油車百公里耗油為10升，5.8元/L的汽油售價，本錢為58元。鋰電池車百公里耗電量為17度，0.65元/度電本錢，本錢11元。燃料電池百公里消耗氫氣9方，制氫方法首要分為電解水或許化學反應，如煤制氫、天然氣制氫等。電解水本錢首要是電，均勻5度電1方氫氣，本錢約為3.8元/方，但能夠在加氫站直接電解，省掉運送費用。假如選用化石動力大規(guī)模會集生產，國內本錢最低的是煤制氫氣，約為1.4元/方，北美則可利用廉價的天然氣，本錢在0.9元/方。假如咱們以煤制氣本錢作為規(guī)范，百公里質料本錢12.6元，和鋰電池不同不大。 

 

配套本錢比較 

 

加氫站、加油站、充電站本錢首要分為土地本錢、設備本錢、建造本錢，不同首要體現(xiàn)在設備本錢。加油站底子在300萬元，充電站為430萬元，加氫站以日本現(xiàn)在的規(guī)范估計為1500萬元，全體上加氫站本錢要高1000萬元左右。依照15年折舊，每年銷氣量1000萬方，則折舊本錢為0.1元/方。小規(guī)模時氫氣一般以槽罐車運送，估計運費為0.44元/方，規(guī)模擴展后則可選用管網運送，本錢會下降至0.23元/方。 

 

盡管鋰電池現(xiàn)階段依托于現(xiàn)成的電網系統(tǒng)，配套本錢很低。但假如大規(guī)模推行，現(xiàn)有電網的容量冗余底子都將被耗盡，未來必需求大規(guī)模擴容。因而充電站本質上是將配套本錢外部化給了電網，因而核算其全工業(yè)鏈本錢時還要添加電網端的本錢。一般商業(yè)化運營的充電站至少都要達到1小時快充的規(guī)范，對應10個充電樁組成的充電站的功率都要達到600千瓦，相當于上百戶家庭的用電負荷，對電網負荷的沖擊極大。對應電網需求新增出資120萬元來擴容負荷，但每年新增售電量只要93萬度，依照0.65元/度購電本錢，電網端15年回收出資測算，則售價要在本錢根底上添加0.18元/度。 

 

出售端本錢測算 

 

加油站的出售網絡現(xiàn)已十分成熟，其每小時的贏利水平能夠作為加注站合理報答的測算基準。對應加氫站每方價差為0.51元，鋰電池每度電則為4.9元。該電價情況下，鋰電池車底子無法推行?，F(xiàn)在國家規(guī)定充電站服務費上限為0.4元/度，但其背景是給予了大量補助。但沒有任何工業(yè)能夠長時間依靠補助來開展，未來假如鋰電池的充電功率不明顯提升，在加注站這個環(huán)節(jié)，企業(yè)的盈余水平會大幅低于加油站和加氫站。沒有合理報答，在現(xiàn)在寸土寸金的大城市，出資者底子沒有任何激勵去推行充電站，工業(yè)天然也無法開展。但鋰電池低能量密度過低，假如強行完成高充電功率，電池循環(huán)壽數(shù)面對的工程應戰(zhàn)就會十分巨大。并且即便能完成3分鐘快充，但對應單個充電樁的功率要高達1200千瓦，每個充電站都要配套一個110千伏變電站。其出資高達5000萬元，占地5000平米，且周圍300米還不能有居民樓，關于現(xiàn)在濱海大城市在操作層面上應戰(zhàn)也很大。 

 

總計本錢 

 

歸納上述一切本錢，汽油車、鋰電池車、現(xiàn)階段和充分商業(yè)化后燃料電池車的百公里本錢為58、83、23和20元。因為出售價差占鋰電池本錢比重很高，咱們考慮到充電樁設備出資是加氫站的1/3，將其小時贏利降至1.4元，歸納本錢也還有37元，燃料電池車長時間本錢優(yōu)勢依然十分明顯。其實這一切的本源還在于燃料電池能量密度最高，同等商業(yè)化情況下，本錢天然具備優(yōu)勢。 

 

新動力車開展的一個重要邏輯便是節(jié)能環(huán)保，這對我國無疑更為重要?，F(xiàn)在我國不光空氣污染嚴重，并且石油進口依存度高達60%，其中85%還要經過美國操控的馬六甲海峽，動力安全已成為咱們國家安全的最大軟肋。因而國家給予新動力車巨額補助，一個重要原因便是為了緩解對石油的進口依存度。