對國外的新能源汽車產業鏈相關文獻的翻譯工作，作為學術研究和行業研究的重要組成部分，對于推動國內相關事業的發展，溝通中外學術交流，具有積極作用。本文對各種化學電池和燃料電池的相關性能比較，使我們對各種電池在長距離、低成本、高利用率的交通場景中的應用及優化選擇有了進一步的了解，對于促進新能源電池產業的發展和進步具有指導作用。

【綜述】

當前的電動汽車幾乎完全采用鋰離子電池提供動力，但電動汽車在全球汽車市場占據主導地位尚有很長的路要走。

除政策支持外，電動汽車實現廣泛應用還需要高性能和低成本的儲能技術，這些儲能技術不僅包括電池，還包括各種其他電化學裝置。在此，我們對多種電池和在商業方面最具發展潛力的氫燃料電池進行綜合評估。

本文將目前鋰離子動力電動汽車分三個應用場景（或者說是市場）進行討論，即“長距離交通”場景、“低成本交通”場景和“高利用率交通”場景，而鋰離子電池在此三個應用場景中表現都不盡人意。要想改善電動汽車在此三個場景中的表現，這些電動汽車必須提升的技術特性包括比能量、成本、安全性和電網兼容性。我們將就這些性能方面有著不同側重或組合的6大儲能及能源轉換技術在以上每個應用場景的情況進行比較分析或單獨評估。本文的其余部分簡要討論了這些清潔能源技術的技術狀況，以強調尚需攻克的技術壁壘。

【正文】

雖然早在19世紀初就有了電動汽車，但電動汽車（EV）的普及是近10年才開始。全球電動車的銷量從2010年的不到10,000輛逐步上升到2016年的774,000輛，累計超過200萬輛。汽車電汽化現在被視為幾乎所有道路運輸的主要低碳化途徑。因對城市空氣質量的擔憂，一些國家提出了限制銷售內燃機車輛（ICEV）和有電動車來替代內燃機車的計劃。

從技術角度來看，電動汽車的成功可以歸因于電化學儲能技術的進步。鋰離子電池單體電芯的比能從20世紀90年代的約90wh/kgcell增長到今天超過250wh/kgcell，這就使各種型號的汽車在標準工況下行駛更遠的距離。

與此同時，鋰離子電池組的成本已從超過1,000美元/kwh降至約250美元/kwh，使電動汽車價格降至消費者接受的水平。

圖1揭示了在遵照國際能源署（IEA）為將全球平均溫升限制在1.75℃之內所提路徑方案前提下電動汽車累計銷售及其市場份額的變化情況。這個被稱為攝氏2度情景（B2DS），要求到2060年，累計電動汽車銷售額為18億，電動汽車市場份額為86％。圖1中左上角的小圖表所示，2016年電動汽車累計銷量約為200萬輛，市場份額為0.2％，這表示當前全球電動汽車的使用還在初級階段，要達到2060年的目標仍有極大的發展空間。

到目前為止，電動汽車的應用受政策措施的很大影響，例如財政激勵措施、銷售授權和免費充電等。雖然這些政策可能會刺激電動汽車的擴大使用，但在財政上不可持續性或許不可能將電動汽車的使用擴大到達到圖1中規定的市場份額所需的水平。此外，鋰電電動汽車由于其儲能能力、安全性和可獲得成本的這些固有的特性限制，不確定是否適用于任何汽車市場。

因此，能夠為電動汽車驅動系統提供動力的技術是當前的重要關注點。

在此，我們評估了電池和氫燃料電池在改善電動汽車性能并降低電動汽車的成本方面的發展潛力。我們首先來全景描述一下鋰離子電池驅動的電動汽車還沒有實現很好的市場滲透的三個應用場景的情況，討論若要電動汽車在這些市場場景中取得成功需要在能源技術方面進行提升的有哪些。

然后，我們比較和評估了五種電池的屬性，這五種電池通常被認為有望替代鋰離子電池在電動汽車上的應用。最后，我們提供了除氫燃料電池之外的每個電池的簡要狀態評估，并討論了這些電池能滿足新興電動汽車市場技術需求的發展潛力。

新興電動汽車市場中的儲能技術壁壘

下面，我們就三個不同應用場景（即“長距離交通”、“低成本交通”和“高利用率交通”）對所需提升的儲能技術的技術特性作一個概述。

“長距離交通”場景。行駛距離短或“行程焦慮”的技術問題常被看作是消費者不選擇電動汽車的因素。也許是因為與其他發達地區相比，美國人的旅行距離要求更長而對公共交通的依賴程度更低，在美國，人們尤其希望電動汽車有更長的行駛里程。2016年的調查中，超過一半（54％）的美國消費者考慮購買電動車的行駛范圍至少175英里（282公里），超過四分之一的美國消費者（29％）需要行駛范圍375英里（604公里）的電動車。

盡管電動車能夠將燃料成本降低三分之一，52％的受訪者依然不能接受在汽油動力車的基礎上多花費5000美元去購買電動汽車，而29％的受訪者甚至連1000美金的額外費用也不愿支付。

在圖2中，是與普通燃油車進行對比，當前美國市場上銷售的電動汽車續航里程及其高出同型號燃油車的價格（一下簡稱“溢價”）的對照比較情況。值得注意的是，每輛電動車的成本至少比其相同車型燃油車的平均車價高出5000美元。

雖然有其他因素像如低產量和額外的汽車特性，會提升電動車的成本，但就電動車行駛里程和價格溢價之間的正相關性可見，電池的成本為車輛成本增加的一大因素。對一款針對美國消費者的里程滿足購買意愿車型（延續上文提到的消費者）調查繪制了一個需求邊界曲線圖標，圖表顯示52%-54％的美國消費者要求價格溢價和行駛范圍低于上限要求的電動車，29％的美國消費者要求電動車的價格溢價和行駛范圍低于要求下限。

該圖表明，如果沒有政府激勵措施，目前可用的電動汽車甚至不能滿足50％美國消費者的需求。

近來的預測顯示，由于生產效率的進一步提高，到2030年或2040年，鋰離子電池組模塊的成本將降至接近70美元/千瓦時。如果調整2017年的電動車價格以反映這一趨勢，三款車型（雪佛蘭Bolt、現代Ioniq電動車和特斯拉Model3）超過了美國50％的消費者需求門檻。然而，能反映這一價格趨勢的的電動汽車仍遠無法滿足近30％的美國消費者的要求，甚至可能也無法滿足其他的高度依賴汽車的國家的消費者。即使車輛價格中不考慮儲能成本的因素，目前也沒有一款電動車能滿足這30％的美國消費者對于行駛里程的需求。

因此，在不增加成本的情況下顯著改善電動車的行駛范圍似乎是滿足“長距離交通”市場需求的唯一方式。這就需要通過增加車輛存儲的能量密度（Wh/kg）來減輕車輛重量。然而，就鋰電子電池來說，顯著增加比能需要金屬鋰陽極材料、提升電池電壓或減少安全組件等措施，所有這些出于對安全性的權衡是不可接受的。固態鋰離子電池是安全引入鋰金屬和高壓材料的最有可能的途徑之一;然而，迄今為止報道的電池，要么是具有不可接受的低面積容量（小于1mAh/cm2，這意味著比最先進的鋰離子電池更低的比能量），要么是不可接受的低循環壽命（20個循環或更少）。

即使是具有鋰金屬陽極的高度優化的鋰離子電池實際上可能也不會超過350Wh/lcell。因此，需要采用具有更高比能、更低成本和更安全的替代電池的化學機制和儲能技術來實現遠程運輸市場的電動化。

“低成本交通”場景。電動汽車的價格與其對應的行駛里程，可能會成為車主越來越關心的問題。圖3顯示通過數據擬合手段對一組特定國家的汽車（包括電動車和傳統燃油機汽車）注冊數據所作的車型選擇非線性分布分析結果。對于每增加一公里行駛里程，美國消費者愿意支付額外的21美元，而新興國家（如中國、印度、巴西和印度尼西亞）的消費者平均只愿意多支付8.4美元。

圖3揭示了與各個國家汽車價格對應的羅吉特模型消極因素，該因素衡量價格上漲而降低消費者購買汽車的意愿程度的指標。整體而言，新興國家的消極因素明顯高于美國。中國則是一個例外，數據表明更高的價格卻驚人的增加了汽車購買的可能性。盡管如此，包括兩輪車和三輪車在內的更便宜、更小巧的低速電動汽車在中國的高銷量，與傳統電動汽車(截至2016年，總銷量超過2億輛)相比，表明中國與印度、巴西和印尼一樣，對低成本交通工具有著強烈的市場需求。

中國等新興市場的電動汽車價格溢價與發達國家相似。隨著新興國家的工業化發展，低成本的交通運輸市場預計將會迅速成長，但目前鋰動力電動車明顯不足。如果將圖2中緊湊型和超小型汽車的電池能量與車輛行駛距離繪制成圖，其斜率為0.19kWh/km(表示每增加一公里里程的能耗)。對于新興國家，平均支付意愿(如上所述為8.4美元/km)除以0.19kWh/km，以獲得大約45美元/kWh的儲能成本目標。因此，開發一種成本低于45美元/kwh的電化學儲存技術是在新興市場實現運輸電汽化的一個有價值的方向。

換句話說，成本低于45美元/Kwh的電化學儲能技術對于新興國家實現交通電汽化發展目標是可行的，或者說，與鋰離子電池價格相當但比能量更高的其他技術也是可行的。

“高利用率交通”場景。與消費型的車輛相比，那些利用率更高的汽車（即投入使用的時間占比高）是導致氣候變化和空氣質量變差的一個重要因素。例如，2015年貨運車輛占全球運輸業二氧化碳排放量的三分之一左右，隨著乘用車變得更加省油，這一比例在工業化國家中會進一步增加。因此，將公共交通和貨物運輸從傳統車輛過渡到高利用率電動車這一挑戰亟待解決。

高利用率對電動汽車中使用的儲能技術的有更高的要求。首先，快速充電（例如，充電時長小于一小時）成為更重要的考慮因素，車輛充電所需的時間不應該對車輛的運行時間表造成影響。多個國家已經部署能夠實現快充的鋰離子電池電動巴士，并在公交站點專門為電動巴士設計了快充裝置；

然而，這可能導致電池的衰減和安全問題的增加。多輛電動車的同時快速充電也會對電網的部件造成過大的壓力，這就需要昂貴的技術升級。因此，高利用率電動車與電網之間平穩的實現快速充電，是一個需要考慮的重要方面。

許多高利用率車輛（例如卡車，公共汽車和火車）的另一個關鍵特征是其相對于個人運輸車輛的較大重量。鋰離子電池組必須按比例調整到更大的尺寸，保證這些車輛行駛等同的距離。但較大電池組的低表面與體積比意味著散熱較慢，往往也會導致電池的衰減和安全問題增加，甚至需要使用昂貴或有毒化學品的復雜冷卻技術。因此，具有更高比能量和安全性更高的能量存儲和轉換技術（例如，非易燃材料）對于高利用率的電動車尤其具有吸引力。

多種可替代電化學技術評估

前一節指出，對于續航里程更長、成本更低的電動汽車來說，增加比能或降低儲能成本(與鋰離子電池相比)至關重要，而快速充電、電網兼容性和安全運行對于高利用率的電動汽車至關重要。當然，鋰離子電池表現出其他儲能手段無法比擬的特性。

圖4所示，比較了除鋰離子電池外，其它幾種被認為可用于電動汽車的儲能技術的相關特點的比較。其中安全評級由電解質的類型(易燃或非易燃)、熱失控風險機率和有毒或腐蝕性物質泄漏機率等決定。對每個電池的快速充電能力是根據其功率密度進行半定量評定，而對每個電池的電網兼容性是根據其能量轉換效率進行半定量評定。由于能夠在不中斷電網傳輸的情況下實現氫氣的快速傳輸，則氫燃料電池具有最高的快速充電和電網兼容性。

要注意的是，圖4中氫氣儲能的特點(比能、能量密度和儲能成本)不應該忽略掉氫燃料電池系統的質量、體積和成本等因素而直接與其他各種化學電池的能量特性進行比較。與其他普通電池不同的是，氫燃料電池組合的總能量(即儲存的氫氣總量)可以通過燃料電池的總功率單獨增加。由于這種根本區別，氫燃料電池不包括在下面的分析中；氫燃料電池與鋰離子電池的評估在一個獨立的部分中。

圖4中電池的某些衡量指標（即比能、能量密度和儲能成本）來近似計算車輛里程(RV)、車輛總成本(CV,T)和電池組體積(VolB)，以便得到更實際的評估數據。每一個指標都是電池組能量(EB)的函數，分別由式(1)、式(2)、式(3)計算：

其中ECEV（Wh/kmkg）是車輛的能量消耗效率，MV（kg）和CV（US$）分別是車輛質量和車輛成本（不包括電池在內），CB（US$/kWh）代表電池組成本，SEBC（Wh/kg）和EDBC（Wh/l）分別代表電池的重量比能量和能量密度，km，B和kvol，B（無單位）分別是電池組質量費用系數和體積費用系數。分配給每個電池的費用系數(見附表2)反映了每種電池運行所需的安全設備或空氣管理設備(只針對金屬空氣電池)的配套水平。

小型車輛（常見于需要低成本車輛市場）、中型車輛（常見于需要長距離車輛市場）和半掛車（代表高利用率市場）的結果分別列在圖5的5a.b、5c.d和5e.f中。三種車型的數據在附表1、2和參考文獻中可見。車輛成本作為行駛里程的函數，如圖5a,c,e所示，直到每輛車的電池容量超過特定的空間限制。由于空間限制，鉛酸電池（Pb-acid）和鎳氫電池（Ni-MH）電池的低能量密度明顯被看作是一個很大的缺點。相較于鋰離子電池，成本較低的鋰硫（Li-S）電池、鋰空氣（Li-air）電池和鋅空氣（Zn-air）電池在實現更長續航里程的潛力是顯而易見的。

圖5b、d、f所示為增加行駛距離(US$/km)的成本，這可以與消費者愿意為增加行駛距離付費的調查結果相比較。從圖5b可以看出，鋰硫電池、鋰空氣電池和鋅空氣電池可以使微型汽車增加額外續航里程的成本大大接近于圖3所示的新興國家的平均支付意愿。

圖6顯示了使用圖4中每個電池的能量和成本指標的上、下界限值，可以得出的中型汽車成本和里程組合的大致范圍。從這里可以看出，鋅空氣電池具有適合最長距離交通場景的應用潛力，而鋰硫電池則具有適合最低成本交通場景的應用潛力。但這種評估并未規定每塊電池是否有足夠的功率、日歷壽命、能量效率和自放電率在電動汽車中正常運行。因此，圖5和圖6僅展示了每塊電池化學成分對于降低成本和增加行駛里程的基本潛力。下面將詳細討論在消費者、商業和公共交通應用中實施這些技術的實用性的細節。

各種商用可充式電池

我們首先看兩種目前商用的可充電電池，并將其作為鋰離子電池的替代品進行評估。

鉛酸電池。這是目前世界成本最低和應用最廣泛的充電電池。但是，由于它們的比能和能量密度較低，因此對于低行駛里程電動汽車而言，它們僅比鋰離子電池劃算(圖5)。此外，它們的體積大和循環壽命、比功率和能源效率低，往往使它們在新型低成本和低速自行車和車輛的選擇中，不如鋰離子電池更受到青睞。然而，鉛酸電池的一些優點也使它具有吸引力，這就是它們在車輛電氣化過程中的輔助作用。除了低成本外，還包括低溫操作（低至-40°C）時更好的充電安全性和較低的自放電率。

因此，目前對鉛酸電池的大部分應用是再生制動充電和混合動力汽車的發動機輔助。這需要電池能夠在部分充電狀態下存在多達數十萬個高功率“微循環”。當傳統的鉛酸電池在高放電率時的，一個主要問題是負極上的絕緣硫酸鉛晶體的不可逆生長，這將對其快充能力造成損傷。現已發現多種碳添加劑可以通過改善導電性、減緩硫酸鹽晶體的增長速度以及引入電容行為來緩解高充電和放電速率這一問題。這些“鉛碳”電池在低成本混合動力電動車概念中展現出了前景，隨著動力的進一步改善，對于具有雙能源的全電動低成本車輛可能具有吸引力。

鎳氫電池。1989年，商業推廣的鎳氫電池是最常見的鎳基電池，并且在大多數指標中比鉛酸電池的性能更好。直到現在，它們還是混合動力電動汽車的常規選擇，因此，該技術已經在再生制動充電和全電動制動方面得到了很好的優化。然而，鎳和氫化物的儲存金屬成本較高，使它們比鉛酸電池更昂貴；事實上，在鋰離子電池成本降低之后，它們現在甚至比鋰離子電池更貴。

由于鋰離子電池具有更高的比能量、能量密度和循環壽命，而鉛酸電池成本更低，鎳氫電池似乎在新興的電動汽車市場就毫無優勢存在。然而，鎳氫電池中使用的含水電解質和低活性金屬使得它們本身更安全，并且它們良好的耐低溫性可以使它們在寒冷氣候下用于車輛啟動。它們的安全性使他們可以被放置在更有沖擊力的區域，比如車輛前端，這對于鋰電池來說是危險的。鎳氫電池替代結構部件和能量吸收材料被認為是一種降低車輛重量的創新性方法，從而使電動車可以行駛更長的里程。

其他幾種新興充電電池

下面我們來看看三種新興且被普遍認為可用于電動汽車儲能應用的電池技術。

鋰硫電池。與典型的鋰離子嵌入式陰極相比，硫陰極的成本低得多，這些電池的理論鋰容量高出4.5倍，因此越來越受到人們的關注。不幸的是，硫陰極的許多特性對該電池的良好性能構成了障礙，像如循環時的體積變化、硫和硫化鋰的低導電性，以及普通鋰電池電解質中硫的相對高溶解度。這些問題導致低循環壽命和高自放電率，這都會對電動車的儲能技術造成困擾。鋰硫電池還必須包含一個鋰金屬陽極，以提供相對于鋰離子電池更可觀的比能量。鋰金屬陽極也存在一些問題，包括循環壽命短、快速充電能力差(由于鋰枝晶形成和不可逆電解液消耗)、高自放電(由于多余的副反應)以及制造和運行中越來越多的安全問題。

為了解決上述困難，科研人員研究了含有與多孔碳或導電聚合物“容器”交織在一起的硫的電極，它可以抑制硫的溶解，同時適應體積膨脹，提高導電性，并在充電和放電過程中允許可逆的鋰離子遷移。關于鋰金屬陽極，減少枝晶形成和減少副反應的大多數方法是用鈍化層、涂層、隔膜或固態電解質保護陽極。這些技術的發展將促進更高的循環壽命和更高的容許電流，而不會造成比能和能量密度的損失，這些是很難達到的，因為迄今為止文獻中的示范電池在實際電荷率和比能下都無法運行超過500個循環。

鋰硫電池的能實現的最大實際比能600wh/kg和估計最低成本為36US$/kWh，對于鋰電池來說是一個相當大的進步，這對于上文討論的三種新興電動車市場就具備了吸引力。除非它的循環壽命得到實質性的改善，否則鋰硫電池對于高利用率的電動車并非是好的選擇。另一方面，這對于偶爾進行長途行駛的消費型車輛可能是實用的，因為電池很少完全放電循環。很少有司機進行長途行駛（超過200km）而導致中等型號的鋰硫電池深度放電；因此，頻繁長途駕駛導致電池退化的顧慮應該比傳統的里程焦慮(即無法長距離駕駛)要少得多。因此，在消費型電動車中鋰硫電池可作為鋰電池的有力替代者，因為它的成本較低，并降低了行駛里程的顧慮（圖5）。

鋰空氣電池。這類電池使用大氣中氧來產生電能，在比能和能量密度方面相較于鋰硫電池有了進一步的改善。然而，它們的循環壽命卻低很多，最多只有大概100個循環。改善它的循環壽命卻遇到了很多問題，例如鋰放電時的空氣電極堵塞，高壓充電引起的催化劑降解，空氣中水分引起的鋰金屬副反應和電解質不可逆的分解等問題。此外，盡管對于鋰空氣電池的比功率和能量密度無法精確的評估，但由于空氣電極的氧動力學不穩定，這些指標較先前討論的電池可能更糟糕。

此外，算上為保護電池免受空氣中二氧化碳和水份破壞的裝置，達到在汽車上應用水平的鋰空氣電池的最大能量密度為384wh/lsystem。這就限制了鋰空氣電池（相較于鋰電池）的長途行駛能力（圖6）。另一方面，此類電池的低成本和高比能仍對長距離和低成本電動汽車具有吸引力（圖5）。然而，與鋰硫電池不同，鋰空氣電池在實際操作中需要附加一個大功率電池，因為它們的比功率可能很差。

鋅空氣電池。鋅空氣電池盡管比鋰空氣電池比能低，但由于其技術更先進和更高的實際能量密度，因此更有可能在未來的電動汽車中使用。在鋰離子電池出現之前的幾十年中，可充電的鋅空氣電池被看作是實現車輛電氣化的選擇。與鋰空氣電池相似，它們較差的比功率和能效使它們無法成為電動車的主要動能選擇；然而，應用在雙電池的配置中，它們可能會很有前途。它們可以與高功率的鉛碳電池相結合生產低成本的電動車，雖然它們需要更長的循環壽命以延長汽車的使用壽命。或者，它們可以作為主要由鋰離子電池驅動的電動汽車的增程器來提升電動汽車的行駛距離；如果司機只是偶爾需要長途行駛，就使得它們的短壽命和低效率相對不那么重要了。盡管雙電池概念會增加成本和技術復雜性，但就鋅空氣電池自身固有的安全性使其非常適合雙電池配置，因為（像如鎳氫電池）車內的物理空間限制較少。

這些成功的應用是基于可充電的鋅空氣電池更加耐用。提高含氧官能團催化劑和鋅電極的循環穩定性，同時保持較高的比能和能量密度，這有利于提高電池的使用壽命。減少或消除空氣電極中的碳也能改善鋅空氣電池的壽命，因為碳基空氣電極即使在電池處于靜止狀態時也會受到堿性電解質的腐蝕。空氣中二氧化碳在空氣電極孔隙中形成碳酸鹽，以及電解液的蒸發，這是鋅空氣電池長期使用面臨的一大問題。對于增程器的應用，可以使用空氣過濾器和可重新密封的通風口來解決這些問題。

氫燃料電池

氫是一種能量載體，可以從低碳能源中產生，并相對于大多數電池以高比能儲存（圖4）。因此，在交通運輸領域，氫燃料電池其脫碳的能力而被定為選擇目標。2013年至2014年，現代、豐田和戴姆勒先后推出了第一款大規模生產的燃料電池電動汽車(fcev)，該車采用聚合物電解質膜(PEM)燃料電池。這些車輛相對于當前的純電電動車（BEV）的優點包括行駛里程更長（超過500公里）和加油更快（重新填充氫氣儲罐3-5分鐘）。但燃料電池電動車的總體部署僅占2016年電動汽車總銷售額的一小部分（低于1萬輛或少于0.5％），他們必須克服一些障礙，才能更好的被市場接納。

燃料電池電動車購買價格高于傳統汽車，是因為它們與純電電動車相似，使用電化學電源。儲氫罐和燃料電池系統使用的貴金屬和設備，如鉑、碳纖維、增濕器和熱交換器，使其造價升高。隨著制造量的增加，幾乎所有這些部件的成本都將大幅下降，但鉑族金屬(PGM)催化劑因其稀缺性卻是個例外。為了達到與混合燃料汽車類似的總PGM含量，燃料電池電動車必須將PGM負載降低到目前最先進水平的四分之一。這也體現了開發具有降低PGM水平和改進的效率和耐久性的催化劑的研究工作的重要性。

圖7a和圖7b分別顯示了中型車和半掛卡車車型的純電動汽車和氫燃料電池汽車的成本對照。用氫氣消耗效率代替了能耗效率，算上儲氫罐和燃料電池系統的額外質量、體積和成本，普通的氫燃料電池汽車的里程、成本及其能源存儲和轉化系統的總體積等指標可用通過將前面方程（1）、（2）、（3）調整成下面公式(4)、(5)和(6)進行估算，這樣就可以分別估算出氫燃料電池汽車的里程、車輛總成本以及電池組、電池系統和儲氫罐的總體積了。

其中MH2（kg）是儲氫量，HCEV（kgH2/km*kg）是車輛的氫氣能量轉化效率，SEH2（kWh/kg）是氫的比能，MFC（kg/kW），PFC（kW），CFC（US$/kW）和VFC（l）分別是燃料電池系統的質量，功率，成本，體積；MHT（kg），CHT（US$/kWh）和VHT（l）分別是儲氫罐的質量，成本和體積（詳情請參閱附表3）。FCEV的成本與增加駕駛距離的關聯度不高，因為增加行駛距離只需要增加儲氫罐的尺寸、數量或壓力，這比每千瓦時的鋰離子電池組更輕、更便宜。然而，目前高成本的燃料電池系統使得傳統FCEV比用于消費型汽車的BEV更昂貴(圖7a)。根據以前預測看，消費FCEV和BEV的等成本交叉點將出現在低行駛里程；但近年來鋰離子電池成本的急劇下降，以及長期預期成本更低，增加了等成本點。另一方面，在大部分實際行程（圖6b）中半掛車的電氣化似乎更適合用燃料電池系統而不是鋰離子電池系統。當考慮到電池系統的附加重量(達到長距離行駛所需的重量)減少電池驅動的半掛車所能運載的總有效載荷時，這一點尤其正確。

一些新型的氫燃料電池汽車裝備了一個更大的鋰離子電池，它提供了(i)純電池驅動的短程旅行和(ii)更大的動力輔助燃料電池，這可以使氫燃料電池更加小型化。這樣的插電式混合動力氫燃料電池汽車的續航里程可以通過方程（7）進行估算，我們將式(1)和式(4)的組合進行了修改：

由于燃料電池系統更小的尺寸，作為所儲氫氣質量（其他假設參數見附表3）的函數，方程（7）的計算結果是更低的汽車成本和更長實際續航里程（如圖7a所示）。利用遠期預測成本和800公里續駛里程，一輛中型插電式混合動力燃料電池汽車大概比同尺寸鋰離子電池純電動汽車便宜5000美元，而比同型號普通內燃機汽車貴6000美元，這使其對相當一部分美國消費者頗具吸引力（如圖2所示）。續駛里程達2000公里的混合動力氫燃料電池汽車也在開發之中。

目前，對于氫燃料電池汽車應用的一個較大的障礙是缺少氫氣的運輸和供應設施。氫氣加注站（包括氫氣的輸送和生產）的成本在100萬到1000萬美元之間，這遠大于電動車快充站（不到20萬美元）的成本。因此，在短期內，氫燃料電池汽車和氫基礎設施的發展最適合高利用率的商用車領域，在這一領域，在少數幾個戰略位置建立的氫氣加注站就可以為預先規劃好的、高利用率的行駛路線上的車輛提供服務，這就合理解釋了其較高的成本。然而，大規模的升級電網以滿足電動汽車的充電需求可能比安裝氫燃料補給網絡更昂貴。

推廣氫燃料電池汽車使用的另一個考慮因素是其關于電池的能效。整個“綠色汽車氫循環”，包括通過水的電解、氫氣的壓縮(如有必要)的運輸，以及氫在燃料電池中的轉化為動力，以氫氣的形式儲存能量，其效率通常在25-30%左右(沒有熱量的回收和利用)。目前工業氫的使用率很高，盡管碳排放量也較高。相較之下，純電動汽車的充電和行駛的總效率約為80%-85%，這意味著氫燃料電池汽車可能需要從電網獲得2.5至3.5倍的能量才能驅動相同的距離。

但是，FCEV和BEV的運行總成本相比應該包括（i）升級目前的電網與建設氫基礎設施的成本；（ii）考慮如何在電力需求低的時候儲存滿足高峰需求所需的過剩能源。在英國的一項該類研究表明，一個只依賴于用電力驅動終端應用（比如純電動汽車）的電氣化策略技術路線，其代價將是以氫氣作為主要能源載體的（全尺寸車型）終端應用技術路線的三倍。同時也應該注意到，以堿性電解質和儲氫相結合的技術路線有著各種其他商業化大規模應用技術的最低建設成本（以每千瓦時成本計算）。

最后，質子交換膜（PEM）燃料電池的耐用性是其成功應用的一個重要考量因素。特別是在“高使用率交通”市場領域，對氫燃料電池的一個重要考驗就是其是否展示了可比擬現有內燃機汽車壽命的足夠的耐用性。可喜的是，2輛質子交換膜（PEM）燃料電池大巴最近取得了25000小時以上的運行記錄，這相當于4-6年的使用壽命，符合美國能源部和聯幫交通管理局制定的作為動力的氫燃料電池的壽命指標。乘用型燃料電池汽車也正接近5000小時的運行目標，而得益于在燃料電池與更大功率電池之間切換的優化方案，插電式混合動力燃料電池汽車的耐用性更高。

展望

對各種（化學）電池和燃料電池的比能量、能量密度、成本、安全性和電網兼容性等性能進行（進一步）優化提升是它們在長距離、低成本和高使用率交通領域成功應用的必由之路。雖然沒有任何技術適合所有的應用場景，然而本文中討論的幾種電池技術每一種都能適用于至少一個新興的電動汽車市場（如圖8所示）；高功率鉛酸電池（鉛碳電池）能夠對低成本電動汽車用低功率、高比能電池形成（有益的）補充；而鎳氫電池通過提供更多能量的同時替代結構及吸能組件的方式，可以提升鋰離子電池電動汽車的續駛里程。

鋰硫電池則可在長續駛里程和低成本交通領域完全替代鋰離子電池。而鋅空氣電池和鋰空氣電池也可在這些應用領域作為“增程器”發揮作用。最后來說說氫燃料電池，其“快充”和“電網友好”的自然特點非常適合高使用率交通場景，

而氫氣的高比能和高能量密度也使其在長續駛里程電動乘用車領域非常有吸引力。盡管鋰離子電池在一些電動汽車應用領域有著以上諸多性能的最佳組合，但是，考慮將各種不同的化學電池和氫燃料電池有目的的進行組合來驅動電動汽車的辦法不失為通往真正清潔低碳交通之路的高可行性過渡手段。