氢燃料电池：原理优势并存，成本难题待解，能否成为锂电替代者？
新能源车领域，锂电池长期占据主导地位，人们几乎将新能源车与锂电池画上了等号。然而，锂电池并非完美无缺，其安全性问题一直是行业痛点。自新能源车诞生以来，锂电池自燃起火的新闻屡见不鲜。这并非单纯的产品质量问题，而是由锂元素自身的物理特性所决定。锂元素对高温、碰撞、过充以及过放都极为敏感，为了解决这些问题，只能为锂电池配备大量的物理及电子系统保护装置。但这些保护装置大幅增加了锂电池的自重，进而引发了一系列新问题。
在新能源车中，锂电池的重量占比颇高，通常能达到整车重量的三分之一。这一情况带来了诸多负面影响，不仅提高了轮胎的磨损率，还对车身的结构配置造成了困难。鉴于锂电池存在这些难以解决的缺陷，人们不禁思考，未来是否会有其他类型的电池来取代锂电池呢？氢燃料电池便是一个备受关注的选择。
尽管“氢燃料”一词听起来容易让人联想到不安全，但实际上，氢燃料电池工作时并非发生猛烈燃烧，而是以相对温和的方式放电。其基本构造与大多数电池相似，由阳极、阴极以及中间的电解质膜三部分组成。在氢燃料电池中，氢气并非以气体形式存在，而是经过700倍的压缩后，成为能量密度极高的液态物质。这些液态氢被持续输入到电池的阳极，与用铂打造的金属催化膜发生反应，被氧化为带正电的氢离子和带负电的电子。这种氧化反应会产生热量，这便是氢燃料电池“燃烧”的方式。
随后，带正电的氢离子会穿过中间的电解质膜聚集到阴极，而负电荷无法通过这道电解质膜，只能从外部电路前往阴极，从而产生电流，这便是氢燃料电池工作的基本原理。与锂电池相比，氢燃料电池具有诸多优势。首先，压缩氢气的能量密度极高，每公斤可达40000瓦时，而锂电池的极限也难以达到每公斤300瓦时。这意味着在重量相同的情况下，氢燃料电池的续航里程要远超锂电池。其次，氢燃料电池无需充电，通过加氢即可补充能量，如同传统燃油车加油一样便捷，无需长时间等待充电。
更为关键的是，氢燃料电池的安全性较高。由于氢很轻，一旦意外着火，只需打开泄压阀，氢气便会快速喷向高空，既不会危及自身，也不会对他人造成伤害。然而，氢燃料电池并非毫无缺点。氢是宇宙中最丰富的元素，但由于其质量极轻，会直接逃逸到宇宙中，所以地球上的氢大多以化合物的形式存在。若要用氢作为燃料，就必须先将其从化合物中提取出来。
目前，提取氢主要有两种方法。最常见的是利用天然气和高温水蒸气结合生产氢气，但这一过程并不环保，而且既然要用天然气生产氢气，为何不直接用天然气驱动汽车呢？另一种方法是电解水制氢，这同样存在疑问，既然已经有了电，为何不直接用其驱动汽车，而是先生产氢气，再用氢气驱动汽车，这一过程会造成较大的能量损耗。无论采用哪种制氢方法，成本都要比使用锂电池高得多，这也是氢燃料电池发展面临的最大阻碍。
来源：https://www.drd.com.cn/kuaixun/202602/132100.html