鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

氫燃料電池

氫燃料電池是使用氫這種化學元素，制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應后，放出電子通過外部的負載到達陰極。

氫燃料電池特點無污染燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學反應，而不是采用燃燒（汽、柴油）或儲能（蓄電池）方式－－最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述，燃料電池只會產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的（光伏電池板、風能發(fā)電等），整個循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。

無噪聲燃料電池運行安靜，噪聲大約只有55dB，相當于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝，或是在室外對噪聲有限制的地方。

高效率燃料電池的發(fā)電效率可以達到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機械能（發(fā)電機）的中間變換。

氫燃料電池和鋰電池比較分析

縱觀人類歷史，文明的進步本質(zhì)上就是能量輸出強度的進步。早期的農(nóng)業(yè)文明，動力以人畜、木柴等生物能為主，輸出功率非常有限，還受到土地承載能力的限制，經(jīng)濟只能在低水平不斷循環(huán);18世紀工業(yè)革命后，隨著蒸汽機和內(nèi)燃機的推廣，基礎能源變?yōu)橐悦禾俊⑹蜑榇淼幕茉矗芰棵芏忍嵘松习俦叮珿DP也終于突破了"馬爾薩斯陷阱"的束縛，呈現(xiàn)了指數(shù)型的增長。目前全球能源結(jié)構(gòu)為原油33%，天然氣24%、煤炭30%，核電4%、水電7%和新能源2%，化石能源居于絕對主導地位。但展望未來，我們判斷人類能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)到了再次大變革的前夜，石油將有望在30年內(nèi)被全面替代，以燃料電池為代表的氫能源將成為新的主導能源！

能量密度比較

鋰電池作為蓄電池的一種，是個封閉體系，電池只是能量的載體，必須提前充電才能運行，其能量密度取決于電極材料的能量密度。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料，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就是體積能量密度不高，現(xiàn)在基本上是采用加壓來解決這個問題。按照現(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，重量為30KG，對應汽油車油箱為30L，但電動機體積比內(nèi)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主流技術(shù)路線，代表企業(yè)為Tesla和比亞迪。三元能量密度更高，但安全性差，需要輔助的安全保護設備，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，都遠高于燃料電池。展望未來如果儲氫合金和低溫液態(tài)儲氫技術(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)勢會更為明顯。

功率密度比較

燃料電池本質(zhì)上可以理解為以氫氣為原料的化學發(fā)電系統(tǒng)，因此輸出功率比較穩(wěn)定，為了最大提高放電功率必須附加動力電池系統(tǒng)，如豐田Mirai就是配套鎳氫電池。但作為一個開放的動力系統(tǒng)，其能量來自于外部輸入，附加的鎳氫電池不需要考慮儲能的問題，只要5-8度就能滿足需求，對電池壽命的要求也不高，在真實工況下的使用限制很少。鋰電池雖然理論放電效率很高，但為了不傷害電池壽命，使用限制很多。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。即使如此，以5C倍率放電，實驗室中的電池循環(huán)壽命也會縮短到只有600次，真實工況下會進一步降至400次，如Telsa即使最大功率可達310KW，但實際放電倍率也只有4C。而且鋰電池作為能量密度不高的封閉儲能體系，高功率放電和高續(xù)航里程基本很難兼容，除非大幅提升電池重量。即使Tesla采用了目前能量密度最好的三元電池，其電池組件重量都接近半噸。

安全性比較

除了上述指標，安全性對于機動車來說無疑也非常關(guān)鍵。鋰電池作為封閉的能量體系，從原理上高能量密度和安全性就很難兼容，否則就等同于炸彈。因此現(xiàn)在主流工藝路線中，能量密度低的磷酸鐵鋰安全性卻較好，電池溫度達到500-600度時才開始分解，基本不需要太多的保護輔助設備。Telsa采用的三元電池能量密度雖高，但不耐高溫，250-350度就會分解，安全性差。其解決方法是并聯(lián)了超過7000節(jié)電池，大幅降低了單個電池漏液，爆炸帶來的危險，即使如此也還需要結(jié)合一套復雜的電池保護設備。并且前期發(fā)生的幾次事故，雖然得益于Telsa的安全設計并沒有出現(xiàn)人員傷亡，但就事故本身而言，其實都是非常輕微的碰撞，車身也沒有收到什么傷害，但電池卻著火了，也側(cè)面反映了其安全性上天然的劣勢。

原料成本比較

2L汽油車百公里耗油為10升，5.8元/L的汽油售價，成本為58元。鋰電池車百公里耗電量為17度，0.65元/度電成本，成本11元。燃料電池百公里消耗氫氣9方，制氫方式主要分為電解水或者化學反應，如煤制氫、天然氣制氫等。電解水成本主要是電，平均5度電1方氫氣，成本約為3.8元/方，但可以在加氫站直接電解，省掉運輸費用。如果采用化石能源大規(guī)模集中生產(chǎn)，國內(nèi)成本最低的是煤制氫氣，約為1.4元/方，北美則可利用廉價的天然氣，成本在0.9元/方。如果我們以煤制氣成本作為標準，百公里原料成本12.6元，和鋰電池差別不大。

配套成本比較

加氫站、加油站、充電站成本主要分為土地成本、設備成本、建設成本，差別主要體現(xiàn)在設備成本。加油站基本在300萬元，充電站為430萬元，加氫站以日本目前的標準預計為1500萬元，整體上加氫站成本要高1000萬元左右。按照15年折舊，每年銷氣量1000萬方，則折舊成本為0.1元/方。小規(guī)模時氫氣一般以槽罐車運輸，預計運費為0.44元/方，規(guī)模擴大后則可采用管網(wǎng)運輸，成本會下降至0.23元/方。

雖然鋰電池現(xiàn)階段依托于現(xiàn)成的電網(wǎng)系統(tǒng)，配套成本很低。但如果大規(guī)模推廣，現(xiàn)有電網(wǎng)的容量冗余基本都將被耗盡，未來必須要大規(guī)模擴容。因此充電站本質(zhì)上是將配套成本外部化給了電網(wǎng)，因此計算其全產(chǎn)業(yè)鏈成本時還要添加電網(wǎng)端的成本。一般商業(yè)化運營的充電站至少都要達到1小時快充的標準，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(wǎng)負荷的沖擊極大。對應電網(wǎng)需要新增投資120萬元來擴容負荷，但每年新增售電量只有93萬度，按照0.65元/度購電成本，電網(wǎng)端15年收回投資測算，則售價要在成本基礎上增加0.18元/度。

銷售端成本測算

加油站的銷售網(wǎng)絡已經(jīng)非常成熟，其每小時的利潤水平可以作為加注站合理回報的測算基準。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，鋰電池車基本無法推廣。目前國家規(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貼。但沒有任何產(chǎn)業(yè)可以長期依靠補貼來發(fā)展，未來如果鋰電池的充電效率不顯著提升，在加注站這個環(huán)節(jié)，企業(yè)的盈利水平會大幅低于加油站和加氫站。沒有合理回報，在目前寸土寸金的大城市，投資者根本沒有任何激勵去推廣充電站，產(chǎn)業(yè)自然也無法發(fā)展。但鋰電池低能量密度過低，如果強行實現(xiàn)高充電效率，電池循環(huán)壽命面對的工程挑戰(zhàn)就會非常巨大。而且即使能實現(xiàn)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。其投資高達5000萬元，占地5000平米，且周圍300米還不能有居民樓，對于現(xiàn)在沿海大城市在操作層面上挑戰(zhàn)也很大。

總計成本

綜合上述所有成本，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成本為58、83、23和20元。由于銷售價差占鋰電池成本比重很高，我們考慮到充電樁設備投資是加氫站的1/3，將其小時利潤降至1.4元，綜合成本也還有37元，燃料電池車長期成本優(yōu)勢仍然非常明顯。其實這所有的根源還在于燃料電池能量密度最高，同等商業(yè)化情況下，成本自然具備優(yōu)勢。

新能源車發(fā)展的一個重要邏輯就是節(jié)能環(huán)保，這對我國無疑更為重要。目前我國不但空氣污染嚴重，而且石油進口依存度高達60%，其中85%還要經(jīng)過美國控制的馬六甲海峽，能源安全已成為我們國家安全的最大軟肋。因此國家給予新能源車巨額補貼，一個重要原因就是為了緩解對石油的進口依存度。那么下文我們就從節(jié)能、環(huán)保和資源約束等方面對兩者進行比較，具體如下：

節(jié)能環(huán)保比較

燃料電池原料氫氣在我國目前最經(jīng)濟的手段是煤制氫，鋰電池的原料電力，在我國也主要來自于煤炭發(fā)電。因此這兩者本質(zhì)上能量都來自于煤炭，碳排放只不過是轉(zhuǎn)移給了上游，因此是否節(jié)能，主要就是看能量轉(zhuǎn)換效率。目前鋰電池車每百公里耗電17度，對應6.8公斤煤炭;燃料電池每百公里耗氫9方，儲運環(huán)節(jié)損耗20%，對應煤炭為7.3公斤;汽油車每百公里耗油10L，碳排放相當于10公斤煤炭。其實新能源車的節(jié)能效果都不明顯，其核心價值還是在于將一次能源消耗從石油轉(zhuǎn)化為我國儲量豐富的煤炭，緩解了能源安全問題。而從環(huán)保看，燃料電池幾乎沒有尾氣排放，鋰電池也只有少量排放，全產(chǎn)業(yè)的污染主要集中在上游。但比起處理分散的汽油車尾氣排放，上游的集中治污無疑難度要小很多。綜合而言，燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的污染最低，基本可以認為是最佳的綠色車用能源。