锂电池与燃料电池的发展.doc

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1、锂电池与燃料电池的发展锂电池与燃料电池的发展　　之后，日本政府在《实现氢社会政策建言》的议案中，提出了具体的氢燃料电池车普及目标及政策支持方案。此外，日本日产（Nissan）、韩国现代汽车（Hyundai）、美国通用汽车（GM）、德国宝马（BMW）、奔驰（Diemer-Benz）大众（VW）也都在近两年陆续发布了各自的燃料电池电动汽车产业化规划与样车。　　我们可以看到，中国与日本（实际上也包括韩国和欧美主流车企）在纯电动汽车发展方向上选择了不同的技术路线。两田（Toyota和Honda）燃料电池电动汽车量产的消息在国内电动汽车界引发了激烈的讨论并且形成了两种观点，一种观点认为日本

2、汽车界在纯电动汽车上走燃料电池路线是错误（路线错误论），例子就是当前国际上火热的美国Tesla纯电动汽车。而另一种观点则认为，日本发展燃料电池汽车更多的是为了其军工产业服务，并且误导中国电动汽车发展方向（阴谋论）。　　这些不同观点暂且放下，面对Toyota和Honda燃料电池汽车小批量商业化生产的现实，我们当下首先需要认真思考的是为什么中国和日本在发展纯电动汽车方面选择了不同的技术路线？或者说锂离子电池和燃料电池到底哪种动力系统更加合适纯电动汽车？不管是锂离子电池（Li-ionbattery，LIB）还是质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCe

3、ll，PEMFC），都是非常专业高深的高科技领域，涉及到多学科的综合。　　笔者对这两种化学电源体系都有相当的了解，本文中笔者将抛开深奥的电化学、固体化学以及电催化方面的科学原理，站在宏观的角度深入浅出地从多个方面对这两种化学电源体系进行分析比较，希望能够在纯电动汽车动力源的问题上给广大读者提供一些不同的视野和角度。　　　　对这两种动力系统进行比较分析之前，我们首先要认识LIB和PEMFC最本质的特征，这样才能理解这两种化学电源各自的适用领域。从根本上而言，二次电池是一种能量存储装置，通过可逆的电化学反应实现电能的存储和释放。衡量二次电池存储电能能力的基本指标是能量密度（Wh/Kg

4、或者Wh/L）。　　而燃料电池则是一种电能生产装置，它通过电催化反应将燃料中的化学能转换成电能释放出来。虽然燃料电池也叫“电池”（中文翻译的原因），但是它的基本工作模式却与内燃机有些相似，跟常规二次电池有着本质上的区别。衡量燃料电池电能生产能力的基本指标是功率密度（W/Kg或者W/L）。　　这两种电化学电源体系工作方式上的本质不同，将直接决定它们在应用层面上的不同定位，笔者在后面将会详细展开讨论。1.锂离子电池和燃料电池的研究与发展历程　　在比较分析锂离子电池（LIB）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）在纯电动汽车领域的应用前景之前，我们有必要简单回顾一下两者的发展历程，这样读者

5、就可以对两者有更加直观的认识。如果我们仔细分析过去20年里，欧盟（EU）和美国能源部（DOE）在锂电和燃料电池领域基础研究和产业政策方面的变化，就可以很清楚地看到，锂电和燃料电池其实是一对不折不扣的“欢喜冤家”。　　其实在十九世纪末期，汽车最早就是从电池车发展起来的，铅酸电池车的产量在二十世纪初期达到了顶峰。但是，随着1908年福特创新性地采用流水线批量生产T型车（大幅降低成本），以及1912年汽油车电打火启动的出现（使用更加便捷），则对铅酸电池车造成了致命打击，电动车从此退出了历史舞台。直到上世纪末由于高能化学电源（二次电池和燃料电池）的技术进步，电动汽车才再度引起重视。　　国

6、际上第一轮燃料电池的研究热潮发生在上世纪七十年代，由于美国航天事业的需求而带动了碱性燃料电池(AFC)的实用化，后来GM还制造出了全球首辆AFC燃料电池汽车。由于AFC必须使用纯氧而不能直接利用空气，使得AFC无法应用于民用领域，但是AFC很多技术后来被移植到了PEMFC上。　　上世纪七十年代由于阿以战争导致了两次国际石油危机，不仅对全球政治、经济格局产生了深远的影响，而且也促使西方国家深刻地认识到寻找新型能源的重要性，从而对新型高能化学电源的研究产生了前所未有的巨大推动。正是这一时期，人们在有机电解质、固体电极材料、质子交换膜、电极过程动力学等基础研究方面取得了很大的进展，钠硫

7、电池和锂离子电池正是在这个时期构建了基本原理。　　得益于上世纪八十年代在过渡金属氧化物、石墨嵌锂化合物以及有机电解质领域的研究进展，日本SONY公司在1991年首次将锂离子电池成功地商业化。最初的锂离子电池由于采用热解聚糠醛硬碳负极材料能量密度并不高，自从日本大阪煤气公司在1994年产业化MCMB之后，锂离子电池的性能获得了较大的提升得以迅速占领手机电池市场而飞速发展起来，上世纪末在全球范围内掀起了第一波锂电产业化浪潮。与此对应的是从1995年到2002年国际上第一轮锂电基础研究