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氢燃料电池VS锂电池，你更PICK谁？

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中国能建于11月26日公告，为抢抓氢能行业发展的机遇，公司拟投资50亿元设立全资子公司中能建氢能源发展有限公司，统筹引领公司氢能业务发展，打造公司氢能全产业链和一体化发展平台。为实现公司数字化转型和科技强企，打造公司“数字产业发展平台、科技创新孵化平台、数字及科技新兴产业投资平台”三大平台，公司拟投资50亿元设立全资子公司中能建数字科技集团有限公司。在政策推动下，氢能源产业站上风口，各路资本竞相布局。可以说，此次50亿投资氢能源，应该是近期中国最大规模的氢能源单体投资项目了。

随着新能源热度上升，除了氢电，在锂电“赛道”上锂离子电池及相关材料生产研发企业多氟多和中国新能源产业龙头宁德时代作为行业巨头纷纷通过抢资源、扩产能等手段加强布局，就连部分其他行业的巨头“水泥龙头”金圆股份和“纺织巨头”中银绒业也尝试“跨界”分一杯羹，从二级市场表现和有关部门的关注来看，部分企业的锂电版图“扩张”当前还未得到正面反馈。工信部等有关部门也积极行动，进一步加强锂离子电池行业管理、推动行业转型升级和技术进步。

面对当下，新能源赛道上，到底是氢电还是锂电，谁能一骑绝尘？众说纷纭，各巨头各有布局，我们不妨就此展开分析。

氢能作为一种高热量、零污染、储量丰富的能源，也是人类发展的理想能源。然而由于技术难以突破，几十年的时间也没有达到主流使用的水平。如今随着全球加大节能减排和环境保护力度，氢能源再次成为工业和交通领域的宠儿。

如今，越来越多的车企都开始在氢能源路线上发力。现代汽车、起亚汽车、上汽集团、通用汽车都推出了新一代氢燃料电池车。不仅仅是在汽车领域，氢燃料电池技术在其他领域也应用广泛。在韩国，氢燃料电池无人机的续航时间是普通电池的4倍以上。国际氢能协会副主席毛宗强称：充一次气非常快，小车只要三分钟就可以充完，充完一次气能够跑六百公里没问题。

而特斯拉认为氢燃料电池技术“极其愚蠢”，认为这条路走不通，目前主流车厂也大都不约而同迈上锂电之路，似乎氢燃料败局已定。但在国际上越来越多的国家和企业也在争相加码氢能产业。日本川崎重工等七大行业巨头联合组建专项研究项目，开发运输及储藏液化氢气的实用技术。

当然我们也不要过分的将氢能集中到汽车领域，氢能还可用于各种照明、农业生产等领域如在日本川崎市的一家酒店内，氢燃料电池不仅可以照明、加热大型公共浴室，还可以种植蔬菜，为消费者提供美味可口的食物。目前，全球氢燃料电池领域内的专利申请量呈现快速增长的趋势。最新数据显示，截至目前，全球共有3．9万余件氢燃料电池相关的专利申请，中国和美国分别有1．1万余件和1．4万余件，位列该领域的专利申请量前两名。

在我国无论是国家层面战略规划还是地方层面战略规划都更偏向于氢能的发展。据2020氢能产业发展创新峰会发布的《中国氢能产业发展报告2020》预计，到2050年，氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛使用，氢需求量由目前2000多万吨提升至约6000万吨，氢能产业链产值扩大，产业产值将超过10万亿元。2050年氢的终端销售价格将降至20元／kg，加氢站数量达到12000座，氢燃料电池汽车保有量达到3000万辆，固定式发电装置2万台套／年，燃料电池系统产能550万台套／年，全国将进入氢能社会。

另外在地方层面，为了进一步鼓励、支持氢能基础设施建设及燃料电池产业发展，从各地方出台了一系列政策规划和行业标准，鼓励氢能产业链的集群化发展。目前，东部沿海地区、汽车产业强省以及氢气资源充沛的区域有望成为首批示范城市群。京津冀、长三角、珠三角以及川渝地区先后推出氢能产业发展指导意见、行动规划、实施方案等政策文件，对氢燃料电池汽车运营数量、加氢站建设数量、加氢能力、产氢能力提出了明确的目标要求。

虽然有众多的国家和企业也在争相加码氢能产业，但也难掩氢电池劣势，大致可分为几个方面。首先是锂电车可以直接从电网取电，氢能车上路需要制氢，而制氢需要用电。如果采用传统的蒸汽重组或者电解法制氢，能量损失超过30％，虽然最新的离子膜电解法可将能效提升至80％，但锂电池直充的效率是99％，差距明显。

其次，氢气的存储和运输成本相当高。刚刚制取出来的氢气，能量密度是非常低的，要增大密度，主要有两种方式：一是加压，用790倍大气压把氢气压缩到高压罐中，过程中的能量损耗约为13％；二是液化，降温至－253℃，氢气会凝结，过程中的能量损耗极大，约为40％。因此常用方式是加压，但高压罐比液化罐重，这也会损耗一定能量。

最后，氢能的“从油箱到车轮”的能量效率较低。氢燃料电池车加氢之后，氢能转换为电能，转化效率约60％，而锂电车考虑到交流直流的转换，效率约为75％。由于效率和成本问题，氢能车预期使用成本是锂电车的数倍，这也正是绝大部分车厂选择锂电的原因之一。

我国提出，2030年前二氧化碳排放力争达到峰值，2060年前努力争取实现碳中和，这也被称作碳达峰、碳中和“30·60”目标。数据显示，能源领域碳排放占全社会碳排放的90％左右，其中电力行业碳排放又占能源领域碳排放一半左右。能源电力领域也由此成为践行“30·60”战略目标的主战场。因此无论是氢电还是锂电都是在践行国家战略。但作为消费者，你更PICK氢电还是锂电？就见仁见智了。

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氢气，会为锂电池带来下一个伟大的改进吗？

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室博士后Jianchao Ye和改善的锂电池

(图片来源于: Julie Russell / 劳伦斯·利弗莫尔国家实验室)

引言

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的新研究，发现了氢气可以大幅度提高锂电池的容量和导电性。研究也提供了几个更好的存储媒介的选择，包括氢气自身。新的开发围绕着一个中心，就是用氢气处理锂电池石墨烯纳米泡沫的阳极。这项研究的论文发表在自然科学报告上。

背景

石墨烯材料在商用产品中很丰富，有多种用途，包括很多类型的能量存储设备，例如锂电池。最普遍的就是3D石墨烯纳米泡沫，它在很多种的电子和化学存储的媒介中使用，包括氢气罐，超级电容，能量吸附剂，以及锂电池。他们也使用在过滤，绝缘，脱盐系统中。科学家们相信，这个研究将为这些带来改进。

左边，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室博士后Jianchao Ye正在锂电池上工作，而Morris Wang在一旁看着。

(图片来源于: Julie Russell / 劳伦斯·利弗莫尔国家实验室)

原理

氢原子在石墨烯生产中残余，但是在电存储应用中，它的角色目前还不被完全理解。众所周知，氢吸附剂影响着石墨烯的结构。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的目标是搞清楚，在生产期间氢气如何和石墨烯交互，并且如何提高作为存储介质的石墨烯的质量。

团队的实验包括，在低温下用氢气处理石墨烯。这导致石墨烯被氢破坏，出现小的开口，让锂更容易渗透。在锂电池中，这种方法不仅作为电池的外部传输动力，而且也提高了能量吸收的特性。更进一步的说，由于氢气的作用，使得锂可以更容易绑定石墨烯材料的边缘，整个容量都得到了提升。

3D GNF的电化学特性。(a)充电/放电率跳跃试验展示了在H2处理后，改进的速度性能。(b)在H2处理前后的，在不同充电/放电容量百分比的提高。插图是在第五周期，不同电流密度下的阳极微分容量曲线。(c)三个代表性GNF样本的库仑效率。记录了H2处理后的库仑效率。(d)阻抗测量的尼奎斯特曲线，暗示了H2处理后的充电传输率。（图片来源于：Ye et al）

“我们已经发现氢气处理后，石墨烯纳米泡沫额定容量显著提高，"劳伦斯·利弗莫尔国家实验室科学家Brandon Wood说道，”通过结合提供详细的模拟的实验结果，我们现在能够追踪，在氢气作用和不作用情况下，这种微妙的相互作用带来的提高。这种作用，导致石墨烯的化学和形态，产生小的改变，却对性能产生了另人惊讶的巨大影响。“

作者指出他们的实验并没有回答一些关键问题，例如如何优化作用密度,以及如何最佳的将氢气和石墨烯材料结合，使锂电池达到更高的能量密度。他们还将采取进一步的研究。

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