氫燃料電池的好處顯而易見，電力轉(zhuǎn)換效率極高，而且過程中十分安靜，也不會需要大量散熱。這就是為什么豐田Mirai僅僅攜帶 5kg 氫氣就能續(xù)航700公里+的原因。極大的能量密度和極高的能量轉(zhuǎn)換效率，是氫燃料電池最大的特點(diǎn)。燃料電池反應(yīng)堆的核心技術(shù)是質(zhì)子交換膜以及催化劑，這些技術(shù)目前主要被歐美大公司所壟斷，在中國并沒有形成太大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。

■ 密封和耐久性能的好壞，決定了儲氣罐的性能

 

就如同一個大國的裝備制造水平一樣，在工業(yè)和民用領(lǐng)域，密封材料的性能也是衡量一個大國制造業(yè)水平的重要依據(jù)。歐美很多國家對于高性能密封材料的配方和制造工藝是絕對保密的。這就是為什么在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，那些頂級性能的剎車系統(tǒng)和汽油柴油直噴發(fā)動機(jī)的燃油共軌系統(tǒng)都來自于歐美供應(yīng)商，因?yàn)樗鼈兊暮诵募夹g(shù)就是密封技術(shù)。

 

對于氫燃料電池車也是這樣，要想提高續(xù)航里程就需要多謝帶氫氣，而能夠儲存氫氣的壓力容器對于壓力的承受力，就是能夠攜帶氫氣多少的關(guān)鍵。正因?yàn)闅錃獾拿芏群苄?，所以必須?jīng)過壓縮甚至是低溫液化后，儲存在壓力容器當(dāng)中才能獲得足夠的能量密度，容器可承受的壓力越大，單位體積內(nèi)攜帶的氫氣就越多。而容器可承受壓力越大，也意味著對密封性能和抗壓性能的要求越高。豐田Mirai在氫氣儲存方面的性能是世界領(lǐng)先的，并且車型已經(jīng)量產(chǎn)，即便這樣，攜帶5kg的氫氣仍然需要兩個很大的儲氣罐，因此占據(jù)了車內(nèi)后部的很多空間，使得整車在造型上有別于傳統(tǒng)電動車，車尾高度相對較高。

 

在整個燃料電池車運(yùn)作的過程中，燃料電池反應(yīng)堆是一個化學(xué)反應(yīng)的場所。它只需要源源不斷的供給少量氫氣就可以持續(xù)工作，如果發(fā)生氫氣泄漏或者安全事故，可以迅速切斷供應(yīng)氫氣的路徑來防止氫氣的燃燒。大家都能想到，最有可能影響燃料電池車安全性的是儲氣罐。

 

所以在設(shè)計(jì)儲氣罐時必須充分考慮安全碰撞問題：一方面儲氣罐的殼體材料需要夠輕，另一方面需要有足夠的強(qiáng)度用于耐受撞擊。因此，儲氫罐一般都是以成本高昂的碳纖維及其它復(fù)合材料組合而成。但是，我們知道，不管用多么堅(jiān)固的材料制造儲氣罐殼體，也只是在一定的速度條件下，能保障碰撞的安全性。然而實(shí)際道路行駛時的速度，肯定要遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)室做安全碰撞的速度，那么一旦儲氫罐破裂，造成氫氣泄漏與空氣混合在一起是不是就會馬上發(fā)生爆炸呢？

 

事實(shí)上，在儲氫的設(shè)計(jì)中都考慮到了這一點(diǎn)。正因?yàn)閮涔迌?nèi)部的氫氣壓力很大，所以在儲氣罐上設(shè)計(jì)有緊急泄壓閥，一旦發(fā)生氫氣泄漏或著火，緊急泄壓閥會自動打開并迅速釋放儲氣罐內(nèi)的氫氣。我們知道氫氣的密度比空氣小得多，并且必須與氧氣結(jié)合才能產(chǎn)生燃燒或者爆炸，被高壓釋放的氫氣在靠近儲氣罐的部分由于壓力高流速極快，沒有什么機(jī)會與氧氣接觸，而遠(yuǎn)離儲氣罐的氫氣由于其密度小的特點(diǎn)，又會迅速的在空氣中上升。即便這個時候空氣當(dāng)中有明火能夠滿足引燃條件，那么也僅僅只是在空氣上空形成一個火球，并不會對人員造成傷亡。這種高速釋放氫氣的技術(shù)也同樣被應(yīng)用在加氫站的大型儲氣罐之中。

 

與三元鋰電池相比，氫氣儲存過程當(dāng)中的安全性應(yīng)該是更高的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^隔絕氧氣，或者迅速釋放的方式，讓危險(xiǎn)的氫氣迅速逃離人群，某種意義上來講甚至比液態(tài)的汽油更安全。而三元鋰電池會隨著時間的推移電池的老化，有可能在內(nèi)部發(fā)生短路的現(xiàn)象，或者因外力的撞擊導(dǎo)致內(nèi)部的短路自燃。最可怕的是，無論是由內(nèi)而外引發(fā)的自燃還是由外而內(nèi)導(dǎo)致的燃燒，過程中都會釋放大量氧氣，這就意味著即便與空氣隔絕，電池也會越燒越旺。Co3+：減少陽離子混合占位，穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，降低阻抗值，提高電導(dǎo)率，提高循環(huán)和效率性能。 

 

Ni2+：可提高材料的容量（提高材料的體積能量密度），而由于Li和Ni相似的半徑，過多的Ni也會因?yàn)榕cLi發(fā)生位錯現(xiàn)象導(dǎo)致鋰鎳混排，鋰層中鎳離子濃度越大，鋰在層狀結(jié)構(gòu)中的脫嵌越難，導(dǎo)致電化學(xué)性能變差。

 

Mn4+：不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但過高的Mn含量會容易出現(xiàn)尖晶石相而破壞層狀結(jié)構(gòu)，使容量降低，循環(huán)衰減。 

 

能量密度高、循環(huán)性能好是三元鋰電池的最大優(yōu)勢，而電壓平臺是電池能量密度的重要指標(biāo)，決定著電池的基本效能和成本，電壓平臺越高，比容量越大，所以同樣體積、重量，甚至同樣安時的電池，電壓平臺比較高的三元材料鋰電池續(xù)航時間更長。

 

單體三元鋰電池放電電壓平臺高達(dá)3.7V，磷酸鐵鋰為3.2V，而鈦酸鋰僅為2.3V，因此從能量密度角度來說，三元鋰電池具有絕對優(yōu)勢。

 

三元鋰電池在冬季低溫0-5度的氣溫下下，大約是夏天的90%左右，有下降，但還不太明顯。更靠北方的地區(qū)，下降的會更多一點(diǎn)。 

 

 

在中國，三元鋰電池最大的優(yōu)勢，就是在近幾年國家政策的傾斜鼓勵下產(chǎn)能得到了極大的發(fā)展，可以說中國公司是掌握其核心技術(shù)的，并且一躍成為了全球最大的鋰電池生產(chǎn)國，成本得到了極大的降低，已經(jīng)完全形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)。而氫燃料電池技術(shù)，無論是反應(yīng)堆催化劑的工藝配方，還是儲氣罐的核心技術(shù)，中國都沒有形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)，所以成本極高。但是中國卻又非常具備發(fā)展氫能源的產(chǎn)業(yè)條件，每年國內(nèi)石化行業(yè)產(chǎn)生的氫氣副產(chǎn)品足夠用于車輛使用，氫氣獲得成本比較低，而且不需要依賴電解水這種高耗能的方式獲得氫氣，這為大規(guī)模發(fā)展燃料電池汽車奠定了良好的基礎(chǔ)。