鉅大LARGE | 點擊量：907次 | 2021年07月01日
鋰離子電池與燃料動力電池的主要技術特性
性能
鋰離子電池和燃料動力電池內部發生的化學反應已經決定了電池的可逆電動勢。關于一個電化學反應，其可逆電動勢可由公式計算為：
其中是在標準狀態下電化學反應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反應在熱力學上的可能性，的大小由反應本身的性質、反應物和生成物的濃度以及反應溫度決定。n為每摩爾反應物轉移的電子摩爾數，F為法拉第常數。在標準狀態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。而關于鋰離子電池，由于在反應過程中正負極材料的結構不斷發生變化，因此其可逆電動勢也不斷變化，電池的可逆電動勢與反應發生的程度有對應的關系，因此可以根據OCV-SOC曲線，通過測量OCV判斷電池的荷電狀態。燃料動力電池和鋰離子電池在實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，更強調充電后的續駛能力，因而更關注電池的能量密度。鋰離子電池能量密度提升受制于電池材料理論瓶頸。目前，國內電動汽動力型動力鋰電池正極材料以磷酸鐵鋰（LFP）為主，負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電裝置，能量密度遠高于鋰離子電池。在與能量密度直接對應的整車續駛里程方面，豪華電動汽車Tesla的續駛里程剛達到500km；而以豐田Mirai、現代ix35為典型代表的燃料動力電池車續駛里程都在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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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行研究成為其使用關鍵問題之一。
成本
目前，國內鋰離子電池系統的成本在1800元/kWh左右，燃料動力電池堆（不含系統中的燃料系統等各種附件）的成本在5000元/kW左右。關于一輛普通轎車，假設是電動汽車，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展的瓶頸。一般認為，燃料動力電池的成本偏高重要是由于使用了貴金屬Pt，而實際Pt的成本計算如下：目前較高的Pt載量的水平為：0.4mg/cm2，其電性能水平為[email protected]/cm2，即0.96W/cm2。關于100kW的燃料動力電池系統中使用的Pt含量為41.67g。Pt的價格按照500元/g計算，使用的Pt的成本為41.67*500=20833元。關于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為目前材料和系統的工藝都不太成熟，而隨著商業化的發展，其成本必然有非常大幅度下降。
安全性與相關法規
動力鋰電池的安全性是電動汽車發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、電池及關鍵部件到系統安全保障等一系列技術措施。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安全問題面對著新的挑戰。而燃料動力電池的燃料是氫氣，屬于易燃易爆氣體，因此市場普遍擔心其的安全性問題，而實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計少于鋰離子電池。系統集成層級燃料動力電池系統比鋰離子電池系統復雜。由于使用了可燃氣體氫氣，多了對氫氣的泄露保護設計。由于要防止質子交換膜潤濕不充分帶來的影響，要通過監控內阻來監控內部濕度的變化。燃料動力電池和鋰離子電池相關安全性設計如表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于鋰離子電池。通過一系列的安全防護，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準，從而確保動力鋰電池的安全性、可靠性。如表5所示，燃料動力電池相對鋰離子電池的標準偏少，發行時間早，標準與現狀符合性不如鋰離子電池。電動汽車有對應的定型試驗規程《GB/T18388-2005電動汽車定型試驗規程》，而燃料動力電池車定型規程作為汽車行業關于新能源汽車產品定型的一個必備標準急待推出。
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