為什么中國和日本在發展純電動汽車方面選擇了不同的技術路線？或者說鋰離子電池和燃料電池到底哪種動力系統更加合適純電動汽車？

不管是鋰離子電池還是質子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)，都是非常專業的高科技領域，涉及到多學科的綜合。筆者將從幾個不同的技術層面對鋰電和燃料電池進行分析對比。

安全性

大型鋰離子動力電池的BMS安全監控主要是依據電芯溫度和電壓/電流的變化，鋰電池內部的熱失控都是鏈式放熱產氣化學反應，也就是說留給BMS的控制時間極其短暫。而燃料電池系統的安全隱患則來自氫氣。

本質上來說，PEMFC電堆的安全問題主要是物理過程(氫氣泄露與控制)，而鋰電動力電池則是化學過程(鏈式反應)。

實事求是而言，不管是燃料電池系統還是鋰離子動力電池，發生安全性事故的后果都是極其嚴重的。如果僅僅從控制的角度而言，筆者認為，燃料電池在安全性影響因素的控制方面難度要低于鋰離子動力電池。

能量密度

對比鋰離子動力電池和燃料電池，鋰離子動力電池能量密度進一步提升的空間非常有限。如果從最基本電化學原理的角度思考，這個問題并不難理解，二次電池的能量密度增加并不遵循摩爾定律。

能量密度更高的新型化學電源體系目前還都處于基礎研究階段，產業化前景依然很不明朗。相對而言，PEMFC的能量密度問題并不是很突出，即便是通過最簡單的增加儲氫罐數量來保證續航里程，可操作性也相對比較容易。

從另一個角度進行思考，二次電池必須向全密封系統發展而力求做到免維護(對鋰電而言至關重要)，而正是因為二次電池是個密封系統，才決定了它的能量密度不可能很高。否則的話，一個密閉的高能體系跟炸彈又有什么區別？從最基本的能量守恒定律就講不通！

而燃料電池則是一個開放式系統，電堆只是電化學反應場所而已，系統的能量密度主要取決于儲氫系統的儲存量。正因為是個開放體系，燃料電池在能量密度上提高的潛力更大，并且先天具有更好的安全性，這個優點恰恰是任何一種二次電池都不具備的。站在電化學器件的角度，相較于二次電池，燃料電池是化學電源的一個更高的發展層次。

快充

相對于鋰離子動力電池的快充難題，燃料電池加注氫氣的問題要容易不少。目前幾乎所有的FC-EV，都可以在三分鐘內加滿氫氣。雖然三分鐘比常規的加油時間要長點，但相對于特斯拉6小時的普充/半小時的快充，三分鐘顯然不值一提。但是將鋰電的快充問題和燃料電池加氫進行對比，在筆者看來并不恰當。因為電動汽車充電和電網的結合很容易，而燃料電池的加氫問題，基礎設施建設難度遠比建充電站要大得多。

功率

說到倍率性能，筆者這里再討論下鋰電和燃料電池的功率密度問題，因為倍率實際上也就是功率問題。在技術上，鋰電可以采用一些工藝措施(比如將電極做得很薄或者增加導電劑含量等等)實現較大倍率充放電，但是這些技術措施必將犧牲電池的能量密度。也就是說從根本上而言，鋰電單體電芯是不可能同時兼具高能量密度和高功率密度的。

比如，A123的AHR32113單體電芯倍率性能非常優異，在40C的超高倍率測試條件下的功率密度可以高達2.7KW/Kg，但其能量密度僅僅只有70Wh/Kg而已。又比如，iPhone6的軟包電芯能量密度已經達到了250Wh/Kg的水平，但是它的倍率性能非常差只能夠在低于0.5C的低倍率充放電。

但是筆者要強調的是，燃料電池可以很容易同時兼具高能量和高功率特性，這正是其獨特的開放式工作原理決定的。PEMFC電堆是電化學發生的場所，其獨特的異相電催化反應過程，使得不管是氫的電化學氧化還是氧的電化學還原，都可以在Pt/C催化劑表面獲得較高的交換電流密度。

事實上，目前Toyota和GM的新一代PEMFC電堆，在實際工況下(單電池0.6-0.7V)電流密度普遍接近1A/cm2的水平，比目前國內廣泛使用的LFP動力電池在1C倍率下的電流密度高出大約兩個數量級。

ToyotaMirai的PEMFC系統的能量密度超過350Wh/Kg，而功率密度已經達到了2.0KW/Kg。相比之下，TeslaModelS的鋰離子電池系統的功率密度則只有0.16KW/Kg，整整比Mirai低一個數量級！

PEMFC電堆是單電池通過壓濾機方式組裝起來的，其功率可以通過增加單電池數量而提升(非線性關系)。而PEMFC的能量密度則取決于儲氫系統的儲氫量，同樣也可以通過增加儲氫罐體積或者數量而獲得提升。

也就是說，PEMFC系統可以同時兼具高能量密度和高功率密度，而這個特點則是任何一種二次電池都不可能具備的，其根本原因在于封閉體系和開放式工作方式的本質區別。而同時兼具高能量和高功率的工況特性，恰恰是現代汽車對動力系統的最基本技術要求。