中國儲能網訊：幾個月前，特斯拉CEO“給力哥”Elon·Musk在德國接受外媒采訪時將燃料電池（Fuel Cell）稱為“傻瓜電池”（Fool Cell），并表示：“他們非常愚蠢，就算從理論上實現(xiàn)燃料電池的最佳性能，也無法同今天的鋰離子電池抗衡。”他還指出鋰離子電池還有很大潛力沒有發(fā)掘。
而另外一方面，通用汽車和豐田等多家車企巨頭各自同合作伙伴簽訂合作開發(fā)燃料電池協(xié)議，計劃未來數(shù)年內推出燃料電池車投入實用。早在2011年豐田就在東京車展上就亮相了FCV-R氫燃料電池概念車，今年東京車展則將展出量產型號。豐田公司同寶馬簽署協(xié)議在四個領域進行合作，其中就包括燃料電池。
除了豐田，通用汽車和本田汽車宣布將聯(lián)合開發(fā)下一代燃料電池技術，以便2020年投放到市場。韓國現(xiàn)代汽車已經率先投產燃料電池車，福特、戴姆勒和雷諾-日產正合作開發(fā)燃料電池技術。
豐田表示，即將量產的燃料電池車售價大約接近寶馬5系或者特斯拉Model S，大約為5萬美元左右，一次加注燃料續(xù)航里程高達300英里（483公里）。因而性價比具有較高的競爭力。
那么到底是特斯拉的給力哥對，還是豐田以及一眾車廠對，為什么會有燃料電池和鋰離子電池之爭，未來電動車的動力之源會是什么呢？我們來做一個深度解讀。
電動車和傳統(tǒng)汽車
現(xiàn)在林林總總的電動車，其實是傳統(tǒng)汽車的一個延續(xù)，人們做的，只是把傳統(tǒng)汽車動力部分、燃油部分換成了電機和電池。
電動車的歷史其實非常非常悠久，1839年，蘇格蘭的羅伯特·安德森給四輪馬車裝上了電池和電動機，將其成功改造為世界上第一輛靠電力驅動的車輛。內燃機汽車的發(fā)明時間則要推遲到四十余年之后的1885年10月，卡爾·奔馳設計制造了世界上第一輛三輪汽油汽車，同年戈特利布·戴姆勒也制造出了一部四輪汽油汽車。兩人各自成立了自已的汽車公司，1926年兩家合并為戴姆勒-奔馳汽車公司。
電動車在歷史上經歷過三個發(fā)展期，1885年到1915年是電動車的第一次黃金時期。這一期間，由于內燃機技術相當落后，行駛里程短，故障多，維修困難，不及電動車，因此電動車在這一時期被普遍認可。當時美國總統(tǒng)的座駕就是電動車，而不是內燃機汽車。
第二個階段是60年代，中東戰(zhàn)爭引發(fā)石油危機的大背景下，美國通用汽車公司與福特汽車公司分別研發(fā)了新型電動汽車。雪鐵龍、標致則將現(xiàn)有車型改裝成小型電動汽車。以此為契機，全球掀起了電動車熱潮。
第三個階段是20世紀90年代后，隨著鋰電池技術的進步，成本的降低，電動車的性能有了巨大提升。最終實現(xiàn)了特斯拉、日產等的量產電動車。
從電動車的歷史可以看出，電動車和傳統(tǒng)的內燃機汽車，實際上是平行發(fā)展，互相競爭的關系。當電動車的性能、成本、用戶體驗高于內燃機汽車的時候，電動車就有一個黃金發(fā)展期，而當內燃機技術進步，體驗超過電動車時，電動車就歸于沉寂。
電動車性能的關鍵因素：動力電池
對于電動車來說，性能、成本、用戶體驗能否壓倒內燃機汽車，關鍵在于動力電池。
我們知道，汽車能跑，是因為發(fā)動機和變速箱工作，給汽車提供動力，電動車能跑是電池和電動機提供動力。電機技術經過百年的發(fā)展，已經非常非常成熟。
無論是單位重量的功率、還是效率、壽命、成本、控制，都遠遠優(yōu)于發(fā)動機。同等功率的電機往往比發(fā)動機便宜，壽命更長，維護保養(yǎng)也更簡單。理論上電動車應該遠比內燃機汽車更有競爭力，而問題的關鍵就卡在電池上。
眾所周知，汽車運動是需要能量的，內燃機汽車的能量來自于汽油或者柴油的燃燒，熱能轉化成動能。而電池通過電機，把電能轉化成動能。而現(xiàn)在電動車遇到的問題就是同樣的重量，同樣的體積，電池提供的能量遠遠低于汽油和柴油，也就是能量密度低。
所以，同樣跑300公里，汽油車只需要30升的油箱，只需要20多公斤汽油，而即使采用了先進鋰離子電池的電動車，也要600多公斤的巨大電池包，還不算保護電路，電池包本身的保護的重量。
如果用鉛酸電池，則需要1噸到2噸的沉重電池包，而一輛家用轎車正常的重量也不過1噸多。
除了能量密度，電池還有一個功率密度的概念，動力電池能夠釋放的最大電流是有限的，電壓是有限的。即使電動機功率很高，電池瞬間放電能力不行，也會影響電動車的性能。
動力電池的分類
目前，電動車用的動力電池種類其實非常多，但是真正實用化的并不多。因為很多電池都有這樣或者那樣的問題。世界上大部分廠商都選擇了鋰電池，細節(jié)材料上有使用三元鋰電池的，有使用磷酸鐵鋰的，有使用錳酸鋰的，但是它們都可以歸結到鋰電池的范疇，需要充電放電，有循環(huán)次數(shù)。
氫燃料電池和鋅空氣電池都不是充電電池，是靠消耗其他材料（氫氣，鋅）產生電能，需要添加其他材料才能維持運行，更類似傳統(tǒng)燃油車加油的概念。
還有幾種比較另類的電池，一般當作動力電池的輔助使用。下面我們就來詳細說說各類電池的特點和用于汽車的優(yōu)劣。
（一）氫燃料電池
首先我們來看被“給力哥”諷刺為傻瓜電池的氫燃料電池。燃料電池并不是一個新東西，它的歷史可以追溯到1838年，德國化學家提出了燃料電池的理論。真正實現(xiàn)商用化則是1955年的事情，美國通用電氣的工程師造出來實用化的氫燃料電池，隨即就應用了到美國太空探索的雙子星計劃（題外話，有興趣的可以搜索一下紀錄片《從地球到月球》，看看美國人的雙子星計劃，阿波羅計劃，再看看中國的神舟計劃，嫦娥計劃）。
1991年發(fā)展出來可以應用于汽車的氫燃料電池，這就是今天氫燃料電池的來源。
相對于其他電池，氫燃料電池最大的優(yōu)勢是能量密度極高，實驗室可以做到3千瓦時每公斤，比其他類型的電池都高很多。用于汽車可以以更小的體積和重量，提供更長時間的續(xù)航。
但是，氫燃料電池也存在問題：
一是價格，氫燃料電池的核心零件是質子交換膜和鉑催化劑，都是非常昂貴的材料，用在不計成本的航天可以，用在汽車上昂貴的價格讓氫燃料電池普及困難，即使到2015年，豐田也只敢說整車5萬美元，30多萬人民幣。而目前的價格是150萬到200萬人民幣，遠遠高于燃油車和鋰電池的電動車；
二是燃料的來源和儲存，氫燃料電池需要氫氣，氫氣本身并沒有產業(yè)鏈支撐，制造，運輸，儲存，加注都極不方便，成本又很高，危險還很大，相比燃油車和鋰電池車成熟度太低。
從用戶體驗角度，氫燃料電池車還有很長的路要走。給力哥諷刺氫燃料電池為“傻瓜電池”，也不是完全沒有道理。
（二）鋅空氣電池
鋅空氣電池的歷史也很悠久，可以追溯到1878年。鋅空氣電池更加類似我們所實用的干電池，實際上在很多領域，鋅空氣電池也在替代干電池。
鋅空氣電池的能量密度較高，可以達到每公斤0.3千瓦時，比鋰電池高一，并且價錢便宜，鋅材料比鋰便宜的多。
但是鋅空氣電池也有兩個問題：
首先功率密度低，使用鋅空氣電池的電動車的雖然續(xù)航里程不遜色于鋰電池電動車，但是加速、爬坡性能都很糟糕，實用性不佳；
其次產業(yè)鏈不匹配，鋅空氣電池和氫燃料電池類似，也需要更換材料，鋅空氣電池需要把氧化鋅更換為金屬鋅，這就需要從發(fā)電廠，到電解鋅工廠，鋅電池制造廠，到汽車換電池站等一系列的產業(yè)鏈配套。這些都要從頭開始，同樣遠不如鋰電池成熟，要實用化也需要走很長的路。
（三）飛輪電池
飛輪電池是最近幾十年才發(fā)展出來的新型電池，它不是傳統(tǒng)的化學能轉化成電能的化學電池，而是內部有一個高速旋轉的飛輪，靠飛輪動能儲存能量的電池。
飛輪電池沒有化學物質，不存在爆炸燃燒之類的安全性問題，也不怕溫度變化，環(huán)境惡劣，循環(huán)壽命非常長。更可貴的是飛輪電池有極高的功率密度，達到5－10KW/kg，遠高于其他類型的電池，盡管能量密度和鋰電池差不多，但是高功率密度可以帶來極好的汽車加速性能，在能量回收的時候，也就可以承受更大的功率。
在保時捷918的概念車上，副駕駛位置就是一個飛輪儲能系統(tǒng)飛輪電池唯一的缺點就是貴，技術上，性能指標上，安全性上，飛輪電池都很適合汽車使用，但是高昂的價格注定它只可能出現(xiàn)在豪華車或者超跑上，而不能進入大眾用汽車。
（四）鋰電池
鋰電池的歷史可以追溯到70年代，是目前應用最廣泛的電池。
汽車用的動力鋰電池，其實也分好幾類，特斯拉最新用的松下電池已經是三元鋰電池了，三元鋰電池的能量密度、功率密度、安全性比較均衡，是中庸之選。
特斯拉的優(yōu)勢是，用軟件的辦法，解決了充放電過程中的安全性問題。使得本來不偏重安全的三元鋰電池可以應用于汽車。
但是特斯拉的電源管理技術解決不了穿刺問題，只能靠加強電池包的保護來解決，遇到極端碰撞，強大的沖擊力擊破電池包的保護，特斯拉依然會起火爆炸，只是高強度的保護給了車主逃生的時間。
磷酸鐵鋰（也就是比亞迪所謂的鐵電池）是應用比較廣泛的電池，它的優(yōu)勢是安全性相對比較好，盡管也有事故，但是相對其他鋰電池已經是最好的了。它的功率密度比較好，可以大倍率放電，有不錯的加速性能。在循環(huán)壽命方面磷酸鐵鋰也有優(yōu)勢，長期使用成本相對較低。
磷酸鐵鋰的缺點是能量密度相對較低，同樣重量續(xù)航里程沒有優(yōu)勢。此外，低溫性能比較差，冷天電量會損失很多。
綜合看，磷酸鐵鋰還是被一致看好的動力電池。
錳酸鋰電池，日本企業(yè)用的很多，優(yōu)點是低溫性能比較好，低溫電量損失沒有磷酸鐵鋰那么嚴重，價格也便宜，安全性不如磷酸鐵鋰，但是還不錯。但是材料本身不太穩(wěn)定，容易產生氣體。
車云小結：
從目前的技術看，氫燃料電池、鋅空氣電池都需要新建一個產業(yè)鏈來支撐，這需要很長的時間和大量的投資，而且兩者都有弱點，競爭力很弱，很長一段時間不會有什么希望。
飛輪電池性能優(yōu)異，但是價格昂貴，如果能找到大幅度降低成本的辦法，飛輪電池是最適合電動車的，可惜目前還沒有找到的跡象。這就決定未來很長一段時間，飛輪電池只能出現(xiàn)在一些超高價的豪華車和超跑上。
鋰電池從發(fā)明以來，隨著技術的進步和產業(yè)化的擴充，每年都有小幅度的降價和容量提升。
特斯拉在2012年以后火爆，并不是特斯拉的技術領先多少，日本在2005年就開發(fā)出來了性能比特斯拉Model S更優(yōu)異的Eliica，但是當時鋰電池的高昂價格注定這個產品只是試驗品。
比亞迪正在開發(fā)性能不遜色于特斯拉Model S的E9，而做為電動車和燃油車過度的插電混合動力車，比亞迪秦馬上上市，寶馬混合動力的i3、i8都要上市，保時捷918也已經預訂。這背后就是2013年鋰電池的價格已經降低到一個可以接受的范圍。
未來幾年，隨著鋰電池價格的進一步下降和容量的進一步提升，電動車、插電混合動力車會越來越便宜，性能越來越好，電動車取代燃油車的進程才剛剛開始。
