鋰電池

共生共存的氫燃料電池與鋰電池
如果LIB和FC互相補充弱點，那么在一些目前各自單獨都無法完成的用途上，有較大概率產生新突破。
Q1：什么是燃料電池（FC）？它與鋰離子二次電池有何不同？

A1： 操作原理與Li離子二次電池的操作原理相同，都是負極材料被正極材料氧化時，釋放電量。具體到燃料電池就是氫氧化形成水的反應，與緩慢燃燒一樣。所不同的是由H離子代替Li離子移動放電（發電），因此燃料電池也可以說是“H（氫）離子電池”。不過，目前已經商用化的只有不能充電的一次電池。

共生共存的氫燃料電池與鋰電池

PEFC（固態高分子型燃料電池）的組成

Q2：與鋰離子二次電池相比有哪些特點？如果不能充電那是一次性的嗎？

A2：氫氣本身的燃燒能量密度是汽油的3倍。即使是在燃料電池系統中，能量密度也高達鋰離子二次電池的5倍左右，因此可以使用很長時間。即使初始容量耗盡，也不會是一次性的。原因是正極材料（氧氣）在空氣中存在且不會消失。負極材料（氫）也是氣體，當它消耗完后可以重新填充。

Q3：氫氣來自哪里？

A3：（例如）可以從水或太陽提取，然后將提取的氫氣在燃料電池中使用時，它又會變回水。太陽能發電和水電解設備，燃料電池可以說是通過水和氫將太陽能轉換成電能的機制。

共生共存的氫燃料電池與鋰電池

包含氫氣制造的材料循環圖

Q4：二十年前日本就在提燃料電池與氫氣社會，這一次是真的要來到了嗎？

A4：最近，各種技術的發展和社會環境的變化顯示時機有到來的趨勢。例如：

輸出密度比20年前提高了3倍以上。

電動汽車（EV）、無人機等領域一度引起熱潮，但在實際用途中續航里程以及充電時間等痛點問題非常深刻，越來越多人意識到燃料電池可能解決上述問題。

目前普遍使用城市燃氣和甲醇作為燃料，但是存在氫轉化過程中一部分能量被消耗的問題。通過直接使用純氫，可以得出燃料電池的原始性能。目前基礎設施在逐步完善。

Q5：如果燃料電池出來，還需要鋰離子二次電池嗎？FCV與EV的關系將會如何？

A5：最佳使用方式在技術上是不同的，通過組合使用燃料電池與鋰離子電池，可以創建迄今無法完成的新應用或避免浪費成本。

而且許多現有的燃料電池汽車（FCV）配備了容量不小的二次電池，實際上是半EV產品的形態。所以經濟合理性對于推廣才是最重要的，目前可預見的趨勢首先是與鋰離子二次電池一起使用才更合適。

FCV考慮首先從商用車輛（公共汽車，長途卡車，叉車，無人機等）引入，其中續航里程和稼動率很重要。如果未來自動駕駛普及的話，城市汽車采用FCV的可能性也很大。

Q6：有一種說法是日本雖然技術先進，但布局太早是否被孤立了？

A6：雖然日本制造商在技術方面保持優勢，但海外也在猛烈追趕。在市場開拓和發展氫氣供應基礎設施等方面，不如說海外現在的進展更快。美國Amazon和Walmart已經共計導入了約2萬臺燃料電池（FC）叉車。日本早期布局很早，但中間睡覺了，猛然覺醒的當下，有點睡過頭的兔子的狀態。

與LIB電池將保持互補關系

我們比較了面向汽車市場的LIB和FC兩種電池技術的特征。FC電池具備明顯優勢的方面是：（1）高能量密度，（2）燃料（充電）時間短，（3）大容量化時低成本。

共生共存的氫燃料電池與鋰電池

FC電池與LIB電池不是競爭而是互補關系

FC系統與鋰離子二次電池（LIB）的比較。能量密度方面即使考慮氫氣罐等，FC系統依然勝出。另一方面，FC的負荷跟隨性和電力利用效率低。雖然容量增加可以實現低成本，但是高功率輸出的成本就比較昂貴。

FC使用的加氫站日本國內僅有大約100個，但快速充電器就有大約7000所，如果包含家用交流電源，則電動車得充電設施數量與FC差異巨大。

共生共存的氫燃料電池與鋰電池

（A）EV與FCV長途駕駛時的優劣比較

共生共存的氫燃料電池與鋰電池

（B）EV和FCV的用途區分

行駛距離越長差異就越大

使用EV卡車和FCV卡車時的差異（a）。EV卡車的速度通常相對較快，但巡航距離較短。此外，現有充電設施需要超過3個半小時才能充滿電。充電時間成為長途旅行的一大損失。另一方面，即使FCV卡車的行駛速度低，巡航距離很長，充氫只需15到20分鐘。因此，FCV卡車的平均時速更高。

為了區別應用，在不需要長續航距離的城市道路應用中，充電機會多且電力利用效率更高得EV是有利的，另一方面重型應用與無人機等電池的重能量密度很重要的應用，以及24小時駕駛的自動駕駛出租車等應用領域，FCV都成為更有利的選擇。最近，還開始開發用于自動駕駛車輛在氫站充氫時不需要人員介入的充氫機器人動向（b）。