解析四大动力电池技术：锂电池和铝空气电池等

　　一、氢燃料电池产业

　　在氢燃料电池产业链中，上游是氢气的制取、运输和储藏，在加氢站对氢燃料电池系统进行氢气的加注；中游是电堆等关键零部件的生产，将电堆和配件两大部分进行集成，形成氢燃料电池系统；在下游应用层面，主要有交通运输、便携式电源和固定式电源三个方向。

　　二、动力电池优劣势比较

　　目前在交通运输用动力源方面，主要有四种技术路线：锂离子电池、氢燃料电池、超级电容和铝空气电池。其中锂离子电池、超级电容和氢燃料电池得到广泛的应用，而铝空气电池尚处于实验室研究阶段。能源补给方面，锂离子电池、超级电容适用于纯电动汽车，但是需要外部充电，而氢燃料电池汽车则需要外部氢气加注，铝空气电池则需要补充铝板和电解液。

　　四种技术路线优劣势比较

　　1、氢燃料电池特性

　　（1）良好的环境相容性

　　氢燃料电池提供的是高效洁净能源，其排放的水不仅量少，而且非常干净，因而不存在水污染问题。同时由于燃料电池不像发动机那样需要将热能转换为机械能，而是直接把化学能转化为电能和热能，能量转换效率高，噪音小。

　　（2）良好的操作性能

　　氢燃料电池发电，不需要复杂庞大的配置设备，电池堆可以模块化组装。例如，一个 4.5MW 的发电装置可以 有 460 个电池组件组成，其发电厂占地面积比火力发电厂小得多。氢燃料电池适合作为分散发电装置。另外与火力、水力和核能发电相比，氢燃料电池电厂的建设周期短，扩建容易，可以完全根据实际需要分期建设。同时氢燃料电池的运行质量高，应对负载的快速变动（如高峰负载）特性优良，在数秒内就可以从低功率变换到额定功率。

　　（3）高效的输出性能

　　氢燃料电池工作时将燃料储存的能量转化为电和热，转换电能的效率在 40%以上，而汽轮机只有 1/3 可以转化为电。

　　（4）灵活的结构特性

　　氢燃料电池组装非常灵活，功率大小容易调配，与传统发动机相比，由于氢燃料电池良好的模块性可以在不增加基础设施投资的基础上，通过增减单电池的片数即可轻松实现输出功率和电压的调整，所以建设起来也很容易，而且比较容易实现对电网的调控。燃料电池的这一特点提高了系统稳定性。

　　（5）氢的来源广泛

　　氢作为二次能源，可通过多种方式获得，如煤制氢、天然气重整制氢、电解水制氢等等。在化石能源被耗尽时，氢将成为世界上的主要燃料及能量。而采用太阳能电解水制氢，过程中没有碳排放，可以认为氢是终极能源。

　　（6）存在的瓶颈

　　从现阶段发展来看，氢燃料电池的普及遇到一定的瓶颈，如电池本身成本较高，基础设施尚未普及等。

　　2、锂离子电池特性

　　（1）电压平台

　　锂离子电池由于采用的正负极材料不同，其单体电池的工作电压范围为3.7~4V，其中应用规模较大的磷酸铁锂单体电池工作电压为 3.2V，是镍氢电池的 3 倍、铅酸电池的 2 倍。

　　（2）比能量

　　当前乘用车锂离子动力电池的能量密度接近 200Wh/kg，预计 2020 年达到300Wh/kg。

　　（3）电池寿命短

　　由于电化学材料特性的制约，锂离子电池的循环次数没有取得突破，以磷酸铁锂为例，单体电池循环次数可以达到 2000 次以上，成组后仅为 1000 次以上。无法满足公交运行 8 年期限的要求。

　　（4）对环境影响较大

　　锂离子电池采用轻金属锂，尽管不含汞、铅等有害重金属，被认为是绿色电池，对环境污染较小。但实际上由于其正负极材料、电解液包含镍、锰等金属物，美国已经将锂离子电池归类为一种包含易燃、浸出毒性、腐蚀性、反应性等有毒有害性的电池，是目前各类电池中包含毒性物质最多的电池，并且因为其回收再利用的工艺较为复杂导致成本较高，因此目前的回收再利用率不高，废弃的电池对环境影响较大。

　　（5）成本依然较高

　　锂离子电池初期购置成本高，以目前公交车用动力电池主流产品磷酸铁锂电池为例，价格大约在 2500 元/kWh，随着电动汽车的普及，有望在 2020 年降低到 1000 元/kWh以下。由于单体电池成组后循环次数的制约，公交车通常在 3 年左右即需要更换电池，运营单位成本压力较大。

　　（6）对电网影响较大

　　首先大规模应用纯电动汽车，由于充电需求较大，充电设备对电网的谐波干扰将会凸显，影响电网的供电质量；其次，在快充时，由于是大倍率充电，因此充电功率较高（乘用车在 50kW、客车在 150~250kW 左右），对电网的负荷冲击较大。

　　因此，基于目前锂离子电池的技术水平来看，其电动汽车方面的应用主要在行驶里程小于 200km 的短途纯电动汽车中。

　　3、超级电容器特性

　　（1）极高的充放电倍率