性能

　　鋰離子電池和燃料動力電池內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)決定了電池的可逆電動勢。關(guān)于一個電化學(xué)反應(yīng)，其可逆電動勢可由公式計(jì)算為：

　　其中是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能的變化，吉布斯自由能的變化反映了電化學(xué)反應(yīng)在熱力學(xué)上的可能性，的大小由反應(yīng)本身的性質(zhì)、反應(yīng)物和生成物的濃度以及反應(yīng)溫度決定。n為每摩爾反應(yīng)物轉(zhuǎn)移的電子摩爾數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃料動力電池的可逆電動勢為1.25V左右，可逆電動勢隨溫度升高而降低。而關(guān)于鋰離子電池，由于在反應(yīng)過程中正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，因此其可逆電動勢也不斷變化，電池的可逆電動勢與反應(yīng)發(fā)生的程度有對應(yīng)的關(guān)系，因此可以根據(jù)OCV-SOC曲線，通過測量OCV判斷電池的荷電狀態(tài)。燃料動力電池和鋰離子電池在實(shí)際使用過程中性能曲線如表2所示。

　　能量密度

　　電動汽車完全以電池作為動力，更強(qiáng)調(diào)充電后的續(xù)駛能力，因而更關(guān)注電池的能量密度。鋰離子電池能量密度提升受制于電池材料理論瓶頸。目前，國內(nèi)電動汽動力型動力鋰電池正極材料以磷酸鐵鋰(LFP)為主，負(fù)極材料仍重要采用石墨材料，其比能量約為90~140Wh/kg。而燃料動力電池是一種發(fā)電裝置，能量密度遠(yuǎn)高于鋰離子電池。在與能量密度直接對應(yīng)的整車?yán)m(xù)駛里程方面，豪華電動汽車Tesla的續(xù)駛里程剛達(dá)到500km;而以豐田Mirai、現(xiàn)代ix35為典型代表的燃料動力電池車?yán)m(xù)駛里程都在500km以上。因此在能量密度方面，燃料動力電池比鋰離子電池好。

　　壽命

　　燃料動力電池和鋰離子電池的性能都會隨著電池使用程度的加深而變差。并且汽車的起停和加減速工況占總工況的很大一部分，這使得電池工作電流區(qū)間跨度大，且電流變化率也非常大，這無疑會縮短電池壽命。因此，對動力型燃料動力電池和鋰離子電池的壽命問題進(jìn)行研究成為其使用關(guān)鍵問題之一。

　　成本

　　目前，國內(nèi)鋰離子電池系統(tǒng)的成本在1800元/kWh左右，燃料動力電池堆(不含系統(tǒng)中的燃料系統(tǒng)等各種附件)的成本在5000元/kW左右。關(guān)于一輛普通轎車，假設(shè)是電動汽車，電量配置60kWh(BYDE6配置60kWh)其成本在9.6萬元。假如是燃料動力電池車，功率配置100kW(豐田Mirai配置114kWh)，電堆成本在50萬左右。

　　燃料動力電池的成本目前明顯高于鋰離子電池，這是限制燃料動力電池發(fā)展的瓶頸。一般認(rèn)為，燃料動力電池的成本偏高重要是由于使用了貴金屬Pt，而實(shí)際Pt的成本計(jì)算如下：目前較高的Pt載量的水平為：0.4mg/cm2.其電性能水平為[emailprotected]/cm2.即0.96W/cm2.關(guān)于100kW的燃料動力電池系統(tǒng)中使用的Pt含量為41.67g。Pt的價格按照500元/g計(jì)算，使用的Pt的成本為41.67*500=20833元。關(guān)于100kW的燃料動力電池堆的成本在50萬元以上，Pt的成本只占總成本的4%左右。燃料動力電池的成本重要是因?yàn)槟壳安牧虾拖到y(tǒng)的工藝都不太成熟，而隨著商業(yè)化的發(fā)展，其成本必然有非常大幅度下降。

　　安全性與相關(guān)法規(guī)

　　動力鋰電池的安全性是電動汽車發(fā)展過程中首先要考慮和解決的問題。動力型鋰離子電池安全性的提高要建立從材料、電池及關(guān)鍵部件到系統(tǒng)安全保障等一系列技術(shù)措施。隨著單體電池的大型化和成組化使用，動力型鋰離子電池系統(tǒng)安全問題面對著新的挑戰(zhàn)。而燃料動力電池的燃料是氫氣，屬于易燃易爆氣體，因此市場普遍擔(dān)心其的安全性問題，而實(shí)際上氫氣的安全性相較于汽油和天然氣并不差。

　　單體層級燃料動力電池的安全設(shè)計(jì)少于鋰離子電池。系統(tǒng)集成層級燃料動力電池系統(tǒng)比鋰離子電池系統(tǒng)復(fù)雜。由于使用了可燃?xì)怏w氫氣，多了對氫氣的泄露保護(hù)設(shè)計(jì)。由于要防止質(zhì)子交換膜潤濕不充分帶來的影響，要通過監(jiān)控內(nèi)阻來監(jiān)控內(nèi)部濕度的變化。燃料動力電池和鋰離子電池相關(guān)安全性設(shè)計(jì)如表4所示。

　　動力型鋰離子電池的還原劑和氧化劑都存儲在同一個裝置中，之間僅有一層微米級別厚度的隔膜，而燃料動力電池的還原劑和氧化劑在電池外部分開放置。從原理上講，燃料動力電池的安全性優(yōu)于鋰離子電池。通過一系列的安全防護(hù)，兩種電池的安全性都在可接受的程度。

　　為了保證動力鋰電池的安全性，國家針對動力型鋰離子電池和燃料動力電池制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，從而確保動力鋰電池的安全性、可靠性。燃料動力電池相對鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)偏少，發(fā)行時間早，標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)狀符合性不如鋰離子電池。電動汽車有對應(yīng)的定型試驗(yàn)規(guī)程《GB/T18388-2005電動汽車定型試驗(yàn)規(guī)程》，而燃料動力電池車定型規(guī)程作為汽車行業(yè)關(guān)于新能源汽車產(chǎn)品定型的一個必備標(biāo)準(zhǔn)急待推出。