不同的特性

 

　　现已广泛使用的锂离子电池，是继承原来的优点克服了缺点而逐步发展而来的。锂电池的负极材料是金属锂，正极材料为金属氧化物，按照命名规定称这种电池为锂电池。由于金属锂的化学性质特别活泼，为电池的安全性带来一定的隐患。为了解决安全问题又利用锂电极的电极电位高的优点，锂离子电池就应运而生了。锂离子电池的正极材料是氧化钴锂或氧化锰锂（又称钴酸锂或锰酸锂）还有一种是磷酸铁锂，负极材料是碳，其原理都是通过正极产生的锂离子在负极炭材料中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程。

 

　　与传统的化学电源相比，锂电池具有比能量大、工作温度范围广、储存性能好、电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等优点。锂电池的工作原理就是指其充放电原理，当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳，呈层状结构有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔里，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样道理，当对电池放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极，回到正极的锂离子越多，放电容量越高。不难看出，锂离子电池充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端比喻为电池的两极，而锂离子就象是优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑，所以专家们又给锂电池起了一个可爱的名字——摇椅式电池。

 

　　由于上述特点，锂电池一直是近年来大力开发的高技术热点之一。从热力学的角度上讲，锂能够与所有的有机物反应。在锂一次电池中，金属锂的稳定性来自于锂与电解质反应生成金属锂表面的钝化膜（SEI）。然而对于锂二次电池，由于反复地充放电，在电池中生成高活性表面的锂枝晶，与锂一次电池中金属锂在放电过程中逐渐被消耗掉是不一样的。1990年初，索尼能源技术公司报道了以碳材料为负极，过渡金属氧化物LiCoO2为正极的锂离子二次蓄电池体系。由于这种电池的正负极均为嵌锂化合物，避免了金属锂在反复充放电时表面形貌变化引起的循环性不良和安全性差等问题。锂二次电池按所用的电解质类型可分为有机电解质、固态电解质（高聚合物电解质）、无机电解质和熔盐电解质四类。该电池除了采用富锂材料作正极外，首次提出采用能够插锂的石油焦作为负极材料，使锂离子电池具有全新的发展。

 

　　自从锂离子电池投放市场以来，一直集中于小型便携式手机等可移动设备等方面的用途。九十年代后期，人们已不满足于锂离子电池的小功率性能，对锂离子电池寄予更高的期望，进而开发出高功率大容量的动力型电池，其容量高达100Ah~200Ah，甚至300~500Ah等。从此，出现了锂离子动力电池的概念。

 

　　燃料电池其实是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接转变为电能的发电装置。虽然被称作电池，但与传统可重复使用的电池所不同的是：无须使用外界电源进行充电程式，就能于电力耗竭后再行使用。源泉是采用与现行车辆加油相同的形式补充燃料增加能源。有专家认为燃料电池名称不是很适当，燃料是指在反应过程中会被使用及消耗的物质，就如同现阶段车辆系统所使用的燃料汽油一般，必须重复地进行燃料添加动作，才能维持系统或机器的正常运行。电池则指一般传统的、经由电解质与正负极的电化学反应、释放电子电能产生电力，以提供用电使用；在能量耗尽时经由外加电力进行充电，促使还原反应的进行，回复原先状态的特性。燃料电池的名称可能是因为需要重复添加燃料，以及经由化学反应产生电能量，由于两种物质加在一起，因而得名。

 

　　燃料电池种类繁多，依电极产生氢和氧的机制不同及电解质和操作温度不同，主要有六种类型，分别分碱性、磷酸、熔融碳酸盐、固态氧化物、质子交换膜、直接甲醇等。

　　碱性燃料电池（AFC），使用KOH为电解液，渗透于多孔而惰性的基质隔膜材料中，由于氧在碱性溶液中的电化学反应速度比在酸性溶液中大，因此可以得到较大的电流密度和输出功率，此类技术发展已经非常成熟。磷酸燃料电池（PAFC），采用磷酸为电解质，正负电极系列用聚四氟乙烯制成的多孔电极，电极上涂Pt作催化剂，在100~200℃范围内性能稳定，导电性强，由于贵金属铂的用量比碱性的燃料电池大大减小，所以制作成本较低。熔融炭酸盐燃料电池（MCFC），用两种或多种碳酸盐的低融混合物作为电解质，如用碱碳酸盐低温共融体渗透进多孔性基质，电极用镍粉烧制而成，两极粉末中含多种过渡金属元素作稳定剂，目前在美国、日本及西欧研究和利用较多。固体氧化物燃料电池（SOFC），电解质是复合氧化物，在千度以下高温时，有很强的离子导电性，由于钙、镱或钇等混入离子介态低于锆离子的介态，使部分氧负离子晶格位空出来而导电。质子交换膜燃料电池（PEMFC），是正在迅速发展起来的温度最低、比能最高、启动最快、寿命最长、应用最广的第五代燃料电池，核心技术是电极三合一组件的制备技术；采用热压的方法将电极、膜及电极压合在一起，形成电极膜电极三合一组件，其中质子交换膜的技术参数直接影响着三合一组件的性能，因而关系到整个电池组的技术运行效率。直接甲醇燃料电池（DMFC），是利用电解聚合膜只允许特定化学物质通过的特性，产生了热力学电动势，膜的一侧是正极充满了甲醇和水，可以将甲醇分解为氢原子和二氧化碳，分离后的氢原子被剥夺了电子可以通过膜到达膜的另一侧；阴极催化剂则由质子（缺少一个电荷的氢原子）和空气中的氧气反应形成了缺少一个电子的水，通过连接阳极至阴极的导线，在阳极上氢原子上脱离的电子可以移动到阴极上，与缺少电子的物质结合，降低膜之间的电压使之低于平衡值，可产生有效的电能量。

 

　　燃料电池的总特性是与它的名称相符合，即：燃料+化学反应=电能，是一种将储存在燃料里的氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。

发展中的技术较量 

 

　　为满足现代市场对电池不断增加的性能要求，提高比能量（尤其是体积比能量）一直是锂离子蓄电池技术改进的主要内容。电池的比能量与正负极活性材料密切相关，材料的研究与改进是提高比能量的首要任务。继LiCoO2富锂材料作正极以后，人们又发现了尖晶石型锰基氧化物LiMn2O4做正极材料。研究发现通过掺杂适当的金属离子及表面包覆适宜的氧化物、可有效延长该类产品的循环寿命，是一种廉价的动力型锂离子蓄电池可选的正极材料。而选择橄榄石型磷酸铁锂做正极材料，是目前的研究热点。其固有优点是高稳定性和潜在的低成本。研究表明，采用掺杂及表面包覆导电碳材料以及采用优选的制备工艺，可以大大提高导电性和放电率，并具有充放电电压非常平稳、放电至零伏仍能很好恢复不损坏、良好的滥用安全性及循环寿命，是一种非常有前途的适用于动力型锂离子蓄电池的正极材料。

 

　　负极活性材料的改进，主要选择高容量低成本的碳材料，如MCMB、石墨、改性石墨三种。其中改性石墨是将片状石墨加工成球状石墨，再在表面包覆纳米级碳须制成改进石墨。据称可使不可递容量从62mAh/g下降到50mAh/g，同时提高了振实密度，改善了导电性，而且避免了层状石墨的剥离现象。而选用纳米复合负极材料，包括纳米锂合金（主要是锡基及硅基）包覆的复合材料，例如包碳的纳米硅，Si-C复合材料，比容量可达1500mAh/g，而且循环性能良好，还有表面栽植SnSb的纳米硬碳材料，比容量可达700mAh/g，以及Cr2O3纳米颗粒外包覆及石墨的核壳结构纳米复合材料，比容量可达700-800mAh/g。目前，这类材料正在积极开发并且多项试用中。

 

　　在提高比能量的研究中，除了上述正负极材料的改进外，在工艺设计技术方面，采用加大电极涂层密度、提高电芯充填量、采用更薄的集流体，采用铝外壳及铝塑软包装等工艺，使电池的比能量得到一定的提高。以18650型圆柱电池为例，改进后容量从最初的1000mAh提高到现今的2400mAh。据称这是常规材料的18650锂离子蓄电池能达到的极限，而采用负极材料Co-Sn-C无定型复合材料，正极为混合多元过渡金属氧化物的18650型蓄电池，容量可达2500mAh。用表面包覆纳米材料的实用型掺AL和Co的镍基层状氧化物正极，配以与正极相适应的特种电解液，使18650型蓄电池容量达到2800mAh。在动力型锂电池方面，用Li（Ni，Mn，Co）O2复合正极与传统的碳负极制成的方型UF553436蓄电池，比能量达到203wh/kg，若用新型正极与Si薄膜负极活性组成比能量超过250wh/kg。并预测新型锂离子电池体系的体积比能量到2010年可能达到700wh/L（方型）和800wh/L（圆型）。

 

　　锂离子蓄电池在延长寿命及提高安全性方面，主要是选用相稳定的正负极材料，通过合理的包覆及掺杂技术提高正负活性材料本身及与电解液界面的稳定性，采用适宜的功能添加剂提高电池的耐过充能力，优化正负极活性材料可逆容量比及降低活性材料比表面，也对延长寿命提高安全性有一定的作用。而采用新型隔膜及电解质材料也会进一步提高安全性延长寿命。例如一种新型陶瓷无机隔膜，其特点是良好的高温稳定性和良好的电解液湿润性，18650型蓄电池采用这种隔膜比常规的电池充放电率性能有所提高，容量由87%提高到90%，耐过充能力实验用IC电流过充到6.5V仍能安全通过，而常规隔膜的电池过充1.1倍容量后就可爆炸。

 

　　燃料电池技术发展最为成熟的是碱性燃料电池（AFC）。此类电池在航天飞行及潜艇中已成功应用。发展碱性燃料电池的核心技术在于避免二氧化碳对碱性电解液成份的破坏，不论是空气中百分之几的二氧化碳成份，还是烃类的重整气使用时所含的二氧化碳，都要进行去除处理。此外，进行电化学反应生成的水需要及时排出，以维持水平衡。这些要求无疑增加了系统的总体造价。此外，简化排水和控制系统是碱性燃料电池需要解决的核心问题，而在电池应用的贵金属铂催化剂用量比较大，是目前商业化运作实际应用率不高的瓶颈。

 

　　目前国际上功率较大的燃料电池电力站，均采用酸性燃料电池（PAFC）。美国将磷酸燃料电池列为国家重点研究计划进行开发，并已向全世界出售200kw级的磷酸燃料电池。在美国和日本，有几套磷酸燃料电池装置甚至已达到连续发电1万小时的设计目标。欧洲现在也有五套200kw的PAFC发电系统。磷酸燃料电池发电技术虽已得到发展，并且已有多起商业运转案例，但因其启动时间较长以及余热剩余价值低等发展障碍，导致其发展速度减缓。

 

　　熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），目前仍以美国、日本及西欧研究和利用较多。2.5kw管道型熔融碳酸盐燃料电池已经问世，在解决其性能衰减和电解质迁移方面已取得突破。美国燃料电池能源公司已经在实验室测试263kw发电装置。意大利和西班牙的两家公司合作开发100kw熔融碳酸盐燃料发电装置和500kw的发电装置。日本东芝公司开发出低成本的10kw MCFC发电装置后，日立公司也相继开发出1kw的此类燃料电池发电装置。熔融碳酸盐燃料电池中的阴极、阳极、电解质隔膜、双极板是基础研究的四大重点，这四大部件的集成是电池组及电站安装和运转的技术核心。

 

　　世界各国在固体氧化物燃料电池（SOFC）的研制已有实质性的进展。已经开发了管式、平板式和瓦楞式等多种结构型式的SOFC。这种被称为第三代的燃料电池，美国和日本多家公司正在开发10kw平面轮机的发电装置。德国西门子电器公司正在测试100kw管状工作堆。台湾的核能研究所也在从事SOFC的基础研究。SOFC在高温、密封和结构上的问题，如电极的烧结、电解质与电极之间的介面化学扩散，以及热膨胀系数不同的材料之间的匹配和双极材料的稳定性等，都在一定程度上限制着固体氧化物燃料电池的发展，成为其技术突破的关键所在。

 

　　质子交换膜燃料电池（PEMFC），原本是为了航天和军用电源开发的。在美国《时代周刊》的社会调查结果中被列为21世纪十大科技新技术之首。美国多家公司及日本三洋、三菱公司也研究开发出可移动PEMFC发电工作堆。加拿大电力系统公司与日本EBARA公司合作研究开发出250kw级PEMFC发电设备和kw级可携式发电系统。德国也在柏林建造了一个250kw级的PEMFC的实验堆。我国为了在燃料电池技术上不落后于世界强国，在大连物理化学研究所也研发出了30kw的PEMFC发电设备。PEMFC的价格直接影响着商业化进程。因此，除了必要元件性能的改进及提升外，降低运转成本以及初购成本，是发展PEMFC的重要技术研发方向。

 

　　直接甲醇燃料电池（DMFC），总的化学反应是和甲醇燃料相同，当提供电流时，甲醇在阴极发生电化学反应被氧化，在阳极电催化产生电子通过外部电路到达阴极电催化剂，电子在一个还原反应中被消耗，电路通过电极间的质子传导维持在电池中。由于触媒大致均会使用铂等贵金属，在反应过程中极易因一氧化碳与铂产生反应，缩短了铂的使用寿命，当然也缩短了直接甲醇燃料电池的可使用寿命，所以后期研究中均加入（Ru）添加剂，以避免铂中毒事情发生，延长电池的可使用寿命。降低成本，也是直接甲醇燃料电池的重要研究课题。

 

　　在燃料电池和锂二次蓄电池的技术发展路线上，表面看起来似乎是燃料电池在向电化学反应发电领域发展，实际是燃料电池“野心勃勃”，力图取代所有的可移动可携带电源市场。十几年来，锂电池技术及其市场的蓬勃发展，苦心经营打造大量市场份额的局面，岂能善罢干休？

 

     在应用领域的激烈PK 

 

　　人类在探索自驱动交通工具中，车辆最早使用的动力源就是电池。当燃油发动机技术取代电池动力源技术以后近一百年，面临石油危机和环境污染存在的难题，特别在金融危机风景中，人类更“卯”足劲力图依赖新能源经济改善目前的危难局面，以燃油汽车驱动的历史即将轮回到电力动力源的创新革命中。由于传统的电池终究代替不了现代交通突飞猛进的应用要求，锂电池在初始定位于小型可移动电器的应用范围时，又不得不肩负历史的重任，顺应历史潮流发展了锂动力电池。

 

面对燃料电池咄咄逼人的形势，锂动力电池从开始的10Ah容量迅速发展到200Ah~300Ah。当燃料电池在交通领域向公交客车定位时，锂动力电池并不退缩，而是大胆地向这个世界上别人不敢越步的领域进军。2001年，世界上第一辆以锂离子动力电池为动力的电动大客车，由北京理工大学、北京燕科新技术公司和北京公交总公司共同研制的BJ6100-EV公交客车诞生了。该车总重量15610kg，额定载客人数65人，最大载客人数90人，长宽高：10715×2500×3090mm；最高时速70km；最大爬坡度20%。该车匹配的是雷天TS-LP9393A型锂动力电池；电池单体规格3.6V/200Ah-5.5kg；电池组规格：108×3.6V/3×200Ah-1900kg；使用ZYCD-75型直流带增磁绕组自动弱磁复合式电动机，额定功率75kw，最大功率120kw。从2001年12月重新试运行以后，到2006年运行65000km时，324块单体电池只有6块替换掉，目前早已完成了10万公里的运行目标，这辆用锂动力电池配载的电动公交汽车试验成功，为我国开发纯电动汽车的技术路线搭建了平台，也为科技奥运使用中国技术的纯电动汽车展现了风采。在奥运会期间，100辆新能源高科技客运车的行列里，有40辆电动客车使用了锂动力电池作为驱动电源。

 

　　锂动力电池在客运汽车上的应用，说明了燃料电池达到的动力源程度锂动力也能达到。在电动大客车用高功率、高电压、高能量的电动动力源都能满足的情况下，锂离子动力电池满足其它载人用车的功率还在话下吗？用锂动力电池匹配的各种电动车有：脚踏助力型电动自行车，采用3.6V/10Ah电池×8只的电池组，总容量20Ah，工作电压12-17V，一次性充电行驶距离18-28公里；匹配10Ah/3.6V×10只电池组装置自行车，总容量10Ah，电池组工作电压28-42V，一次性充电续驶里程50-70km，时速10-15km；使用TS-LP6163型锂动力电池配载的普通电动摩托车，电池组为3.6V/50Ah×14只，工作电压35V~63V，最高时速60km，一次性充电可连续行驶80~110km；采用TS-LP8581A型动力电池配置的电动小轿车，电池组由3.6V/100Ah×138只串并联，总容量300Ah，工作电压130V~195V，载5人，最高时速120km，一次性充电续驶里程350~420km；中巴车使用TS-LP9393A锂动力电池，电池组用3.6V/200Ah×252只串并联，总容量600Ah，工作电压为235V-316V，最高时速100km，一次充电续驶260~300km。

 

　　由于锂动力电池具有配置各种功率的最大自由化程度，所以使用在大功率澎湃动力的高级豪华型轿车上，同样可以产生如奔驰、宝马级跑车的效果。如果配置微小型商用车或家用车，对锂动力电池来说更不在话下。

 

　　在上述几种燃料电池中，以氢燃料电池（质子交换膜燃料电池PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）为代表的燃料电池发展较快。一个主要的应用领域是交通运输工具。2005年，美日两国的一些汽车公司对公共交通汽车用燃料电池研发投入数额较大。如：美国的ACTransit重新设计公交客车的底盘以利于氢能电池的应用；日本本田株式会社也推出了利用燃料电池配置豪华FCX概念车，并且在2005年8月进入美日市场。基础建设方面，2006年全球氢能燃料站已达140个，大部份位于北美地区，特别在美国加洲，已经投放90多辆由燃料电池驱动的公交汽车，并预计几年内将这个数字增加至300辆。美国政府将氢能和燃料电池，作为维持经济繁荣和国家安全至关重要的必经发展的技术之一。

 

　　在电动汽车领域开发燃料电池应用的佼佼者，较为领先的有通用、戴?克、丰田、本田等汽车业界巨头。丰田公司1999年以来陆续推出6种燃料电池的混合动力汽车，上面提到的FCX汽车已通过美国加里福尼亚洲空气资源局和美国环保署的认证，并在加州的街头行驶。丰田一种五座纯燃料电池汽车时速达96英里，一次充满燃料可行驶180英里。本田的4座燃料电池汽车时速也达90英里，充满燃料一次行程为220英里。三菱汽车公司的燃料电池汽车也紧跟其后，正式获得日本国土交通大臣的认可。亚玛哈公司在摩托车上研发燃料电池的项目也获得批准应用。

 

　　通用公司的“胃口”曾经更大，声称推出100万辆不亏本的燃料电池汽车进入市场，它展示的“氢能三号”是区别于NPV燃料电池的改进，并在全球巡展，号称达到商业化水平。这次金融危机，美国三大汽车巨头虽然受灾极其严重，但在新能源技术上毕竟具有优势，其技术专利仍然有自己的知识产权。通用还展出的车型有轮壳电机S-10混合动力货车，以及与铃木公司合作设计的可乘坐4人的燃料电池轿车，还有与我国上汽集团合作研发的“凤凰”燃料电池电动概念车。通用的“胃口”曾经俨然要做燃料电池汽车的“老大”，假如这次危机不倒闭还会东山再起的话仍然还会成为国际跨国公司的巨头。戴?克公司在燃料电池的应用上则致力于以小到大的发展原则，它推出的一款一厢2座的商用车，2002年5月20日开始，用16天时间从美国西部旧金山，横穿美国大陆，到达东部华盛顿，实现无故障行驶的记录。从2003年开始，戴?克这款NECAR5的靓丽微型燃料电池汽车在全球巡展。

 

　　欧盟推出了燃料电池公交汽车示范合作计划，戴?克和曼公司为试验计划项目分别提供多种专用的燃料电池客车底盘。欧盟对车用燃料电池的成本标准要求是：<100欧元/kw，并建立了“氢能和燃料电池技术平台”。在燃料电池公交汽车的示范合作计划里，欧盟使用了31辆用燃料电池配置的公交巴士。

 

　　我国第一辆燃料电池大客车是2008年12月28日在北京顺利通过国家科技部专家组验收的。燃料电池客车长11米、宽2.5米，高3.4米，设50个座位，载重量达5吨。按国家“十五863”计划指标，功率1500kw，时速80km，最大爬坡度>20%，续驶里程<200km，全部达标。以万钢教授为首的“超越”号燃料电池电动轿车的研发工作也顺利完成。“超越”经历了1号2号3号的研发过程，其性能指标一号超越一号，其实用性稳定性可靠性均达到商业化标准。上海神力科技有限公司与清华大学汽车研究所合作。为中国燃料电池客车在2008年奥运用车作出了伟大贡献。我国在燃料电池汽车领域里的成功应用，打破了跨国公司在燃料电池汽车领域里的技术垄断，实现了《节能与新能源汽车重大项目》里的策略目标。

 

　　锂动力电池和燃料电池进军电动汽车应用领域，已经成为不可逆转的历史潮流。锂离子电池以其质量轻、功率密度高，可携带方便首先抢占了小型可携带电器市场；而燃料电池面对全球偌大的可携电器市场，也在窥视并有伺机抢占的欲望。燃料电池向“小”、锂动力电池向“大”的方面发展，是两种不同性质的电池展开同一样的市场竞争，那么究竟谁能让消费者满意呢？

 

　  市场大比拼 

 

　　锂离子电池进入市场以来，几乎是以迅雷不及掩耳之势迅速抢占了小型充电电器市场。到2005年年销售量为4500亿美元，2001年为2300亿，2002年2700亿，2003年3300亿，2004年4100亿，每年是以10%以上的速度递增。据一份统计图表，2005年其中手机占60%，笔记本电脑占28%，摄录机6%，其它占6%，在锂离子电池的主流市场是手机和笔记本电脑时，随着大容量高功率的锂离子电池的发展，已经推向了电动交通汽车用，以及各种工业用蓄电池（如电信、UPS等）市场的扩展，锂电池市场的占有率会越来越宽，在动力电池市场，锂电池起码已有上亿元人民币的份额进入奥运会的电动汽车行列。

 

　　面对锂离子电池如此巨大的市场，燃料电池同时也瞄向手机、笔记本电脑等小型便携电源市场。由于DMFC直接甲醇燃料电池结构简单，便于小型化和微型化，因此也适合作为便携式电源用于民用工业和军事工业中。虽然直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种形式，但它以甲醇为燃料，因而与氢燃料电池相比，在电池系统构造、燃料来源、贮存等诸多方面均存在很大优势，具备了微型化的条件也就有了进入市场的可能。越来越多的迹象表明，便携式燃料电池产品必将会挤占应用电器市场，只不过是时间早晚的问题。

　　从燃料电池目前真正进入商业化电动车应用市场和发电市场看，2005年日本PEMFC燃料电池的产值达到69.6亿日元，是2004年的3.1倍。致力于PEMFC质子交换膜燃料电池研发与生产的企业有松下电子、日本石油、丰田汽车、日立、东芝等。其中丰田汽车公司在2005年世博会（爱知县）上展出了大型PHV-BUSZ通勤车，采用混合燃料系统，以纯氢为燃料，安装有两个90kw的燃料电池组。2005年日本的熔融碳酸盐燃料电池MCPC的发电市场规模为8.5亿日元。在MCPC研发中占主导地位的是石川岛擂摩重工，在爱知05世博会上，他们也展示了300kw和1000kw的燃料电池组件。

 

　　据Freedonia Group公司预测，世界燃料电池市场由2004年的3.75亿美元，将成长为2009年约25.8亿美元。预计2014年世界燃料电池系统需求值可成长为135.5亿美元，其中发电系统占有率为51.7%，其次为便携式电子产品，并以便携式电子产品需求值增长速度最快。至于燃料电池技术类型，目前以质子交换膜燃料电池（PEMFC）占五成以上居多，但预期未来市场占有率会逐年下降，将为快速成长的固体氧化物燃料电池和直接甲醇燃料电池等技术类型所取代。

 

　　从目前市场情况不难看出，燃料电池其市场占有率微乎其微。然而，燃料电池高比能量的转换效率，以及高于锂电池2-3倍左右的电能功率，和本身所具备的稳定性、实用性、高能源效率，可说是目前任何蓄电池所不能比拟的。然而锂离子电池以其成熟的制作技术和稳定的市场份额，对燃料电池并不买帐，即使在电动汽车的应用上，锂动力电池可以毫不畏惧地说：锂动力电池在2008已经初步开始实现产业化了，燃料电池要想实现产业化程度目前还有困难，有人认为，至少还需要20年。

 

    争论与抉择 

 

　　在选择何种电动源作为研发电动汽车的动力源问题上，我国曾经有过激烈的争论。主张使用锂动力电池的指责燃料电池的弊端，提倡燃料电池的寻找锂动力电池的毛病。既然有争论，必然有瑕庇。

 

　　燃派认为，锂动力电池的致命弱点是其本身特点所决定的，它既不允许过充电，也不允许过放电。过充引起燃烧或爆炸，过放电再充电时同样也会引起燃烧或者爆炸。锂动力电池的安全性是其最大的弊病，2002年在中国武汉不就烧毁了两辆用锂动力电池装配的电动轿车吗？锂派认为，燃料电池也是一个易燃易爆的家伙，危险性更大，特别在制氢和贮氢上都是个问题，日本不就因为氢泄漏而将在美国市场的轿车都招回了吗？另外甲醇燃料也会产生有毒的醛类排放，对人类的毒性危害较大。另外甲醇对金属有腐蚀作用，对橡胶皮革有溶涨作用，也会使塑料制品提前老化等。

 

　　在成本方面，锂派认为，锂动力电池的成本比燃料电池要低廉得多，配置二辆燃料电池电动汽车的价钱可以装置3-4辆锂动力电池电动汽车；燃料电池汽车高昂的成本不仅仅表现在初始购买上，还表现在使用过程中，如铂消费、氢燃料电池每产生10kw的峰值就需要消耗2克铂，现在即使已经降低了消耗，但只要继续使用铂金属，地球仅有的铂资源远远满足不了电动汽车使用；而氢燃料的提取又是一种复杂而昂贵的工艺，到目前为止世界上还没有廉价提取液态氢的工艺；而甲醇也不是什么便宜货，跟汽油的价钱差不多。燃派认为，锂动力电池的初始成本虽然比较低，使用成本电费也特别便宜，但鉴于锂动力电池的循环寿命是十万公里就需要更换新的电池，成本看不出低多少。

 

　　在基础设施问题上，锂派认为，这个问题不仅存在着高低不同的成本投入，一座加氢站或甲醇站的资本投入远比一座充电站的投入要高出几十倍甚至上百倍，而更重要的是存在安全问题，成本的投入和安全系数的隐患成正比，一座充电站的安全系数要比一座注氢站的安全系数要高出几十倍甚至上百倍。燃派在这个问题上虽然无言以对，却提出燃料电池的使用功率可以大大高出锂动力电池。

 

　　所以，在资本投向问题上，燃派认为，花费大量精力与金钱把“宝”押在锂动力电池电动汽车身上，“我看有点悬”。锂派则认为，我们国家目前还不具备大量投入电动汽车项目这个条件，将有限的资金首先投向资本不太高的锂动力电池汽车上，使其逐渐成熟，走向完善，拉动锂动力电池电动汽车的研发形成产业化商业化，这是方向性的大事，不可轻举妄动。

 

　　我国在十五期间将发展电动汽车项目列为“重中之重”，并采取了“三纵三横”的技术发展路线。“三纵”即纯电动汽车、混合电动汽车和燃料电池汽车；“三横”是电池、电机、电控三大技术。自2001年“863”计划下设74个研发课题启动以后，受美国三大汽车公司退出纯电动汽车研发的影响，对纯电动汽车的投入相对降温。然而，经过一年多的实践以后，特别是由于我国从锂离子电池生产大国跨入锂动力电池试制最成功的国家，使我国纯电动汽车技术成为全球强国，首先突破纯电动汽车关键技术，并在“十五”期间将所有的课题目标均已完成。科技部高新技术司李健司长在2002年就曾经说：“纯电动汽车不光要突破关键技术，还要初步实现产业化，混合动力电动汽车要引导企业形成规模化批量生产，燃料电池汽车是我们的中长期目标。”可见，我国在选择电动汽车发展路线上，首先选择了纯电动汽车。当然，既然要发展纯电动汽车首选动力源当然是锂动力电池了。现在，在“十五”计划目标均已完成的基础上，“十一五”规划又将“节能与新能源汽车项目”列为“重中之重”。

 

　　在我国将纯电动汽车列为首选项目大力发展的时候，并不意味着我国对燃料电池电动汽车就停止研发。2002年，美国三大汽车公司宣布退出纯电动汽车的研发，或许是由于当时“财大气粗”，企图用高起点高投入力图尽快占领高科技制高点，三大汽车巨头当时响应了小布什总统的“自由燃料计划”既美国政府的氢能源战略目标，选择了向燃料电池汽车发展的路线。而日本人的战略眼光是紧盯着美国人转的，日本汽车是美、日、中三大市场，日本人唯恐技术含量跟不上美国的形势被市场淘汰。我国将燃料电池汽车项目列为“中长期目标”，是根据我国国情所制定的。燃料电池确定是个“吃钱”的家伙，需要大剂量的资本投入。在“十五”期间，我国电动车项目包括零部件仅投入十亿元人民币，而美国则几十亿上百亿美元的“豪赌”。现在，美国政府又投入巨资，力图挽救三大汽车巨头即将破产的命运，仍然想通过新能源汽车改善金融危机带来的厄运，仍然想通过新能源汽车改善金融危机带来的厄运。我国面对新的国际经济形势，中央政府及时调整了世界汽车行业的发展策略，一举投资100亿人民币发展新能源汽车研发，在燃料电池电动汽车项目上的研发毫不动摇，本着既不让列强垄断技术，也暂不做大剂量投资，首先达到“你有我也有”的目标原则，而继续发展纯电动汽车项目，以尽快完成、完善纯电动汽车的技术水平的提高。以期尽快达到产业化商业化的程度，使我国的纯电动汽车产品早日奔驰在世界各地。

 

　较量刚刚开始（结束语） 

 

　　锂离子电池刚刚问世，“就以迅雷不及掩耳之势”迅速抢占了便携电器应用市场，进而发展到锂动力蓄电池的应用市场。锂电池材料技术、制备技术、使用技术都得到全方位的提高，在向动力电池的研发方面，比能量比功率都得到长足的发展，以18650圆柱形锂离子电池为例，2000年这种电池的容量只能达到1000~1500mAh，目前这种电池的容量已能达到2500~2800mAh，体积重量并没有提高，可容量却增加了一倍，可见，锂动力电池技术发展的迅速。而锂动力电池的使用技术，控制管理水平同样得到关键技术的突破，锂动力电池在电动大客车上的成功使用，已经说明了这一切。目前，锂动力电池的任务是如何高安全性、延长使用寿命和降低生产成本。

 

　　而燃料电池的概念却从1839年就提出来了，至今经历了漫长的170年的历史。燃料电池发展一直比较缓慢，主要是由于其工作温度高、体积大、结构复杂、成本高，因而无法进入正常的家用市场，所以其用量一直没有得到大的扩展，也没有进入寻常的百姓视野。直到上个世纪六十年代初，由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧燃料电池，应用于空间飞行和潜水艇。近年来兴起的燃料电池研发热潮，主要是因为：第一，一次能源的匮乏和环保要求的突出，虽然其结构、原理十分复杂，涉及热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动化控制等学科的有关理论，但燃料电池确实具有发电效率高、环境污染少等优点受到世界各国的普遍重视。第二，随着电子产品小型化的进展，当前电池的能量密度显得较小，且能量补充必须使用交流电源，由于这两方面的原因，当前的化学电池越来越不能满足笔记本电脑、移动电话、PDA和军事方面的需求，这当然对微电子产品的能源系统提出新的挑战。由于燃料电池的理论计算是锂离子电池能量密度的3倍，功率密度的2倍，并且还可以方便地补充燃料继续工作，鉴于比锂电池存在的两大优势，所以激发了开发商加快研究燃料电池的热情。其应用方向主要是便携式小型燃料电池、汽车动力系统用燃料电池和住宅小区供电系统用燃料电池。它向锂电池挑战的当然只能是便携式小型电器用和汽车动力系统用的两个方面。

 

　　鉴于受燃料电池技术发展中最大的瓶颈是贵金属铂催化剂，特别在汽车动力用燃料电池方面目前还无法逾越，所以说锂离子电池与燃料电池的较量应该说还没有真正开始，20年以后，锂离子电池技术会更加成熟，而燃料电池也许会更新换代，真正的搏杀到燃料电池能够大量进入市场才能开始，让我们拭目以待欣赏这场商业化的竞技吧。 （网友对此文有贡献）