当新能源汽车能够在性能上完全取代燃油车，相信不需要举起环保的旗帜，也会有很多人购买它。决定燃油车盛行的因素是发动机的效率，决定新能源汽车能否取代传统汽车的，是新能源汽车的续航能力。
文 / 邢秋鸿
纯电动车续航里程的增长有目共睹。两年时间，就已经从开始时一二百公里的续航里程攀升至现在动辄600公里。只不过，到目前为止这一速度和锂电池性能未能完全满足消费者的全部需要，痛点未被日益增长的续航里程消化掉，相反，人们对于纯电动车的要求正日益趋近锂电池性能极限。
一方面是消费者对于新能源汽车更安全、续航里程更高、充电更快的需求，另一方面，是锂电池的性能局限。两方博弈催生出两种方向：要么，突破电池极限；要么，找寻另一种替代能源。
固态电池：电池的新希望
2016年12月，英国顶级学术期刊《Energy and Environmental Science》(《能源与环境科学》)刊发了一篇名为《Alternative strategy for a safe rechargeable battery》(《安全充电电池的替代策略》)的论文，
这篇论文的第四作者，就是被称为“锂电池之父”的约翰·古迪纳夫教授。他在1991年与索尼公司联合开发出世界上第一个商用可充电锂离子电池，所以这篇文章一经发布，就引起了新能源领域的重视。
文章称，发明了一种快速充电的低成本全固态电池，它具备不易燃烧、体积能量密度高、循环寿命长等诸多优点。这种锂电池能够在1200次充放电之后仅有非常小的损耗，且能在-20度至60度的环境中正常工作。
固态电池还有一个充满吸引力的名字——下一代锂电池技术，它完美阻击了当下锂电池的所有痛点，也触动了新能源汽车企业在锂电池性能方面敏感的神经。虽然在一年之后，该文章的成果受到学术界质疑，有学者提出古迪纳夫提出的反应机理是错误的，认为“从热力学的角度这显然是不可能发生的”。由于人们对于锂电池性能提升的渴望，仍然促使众多汽车制造企业以及动力电池生产企业纷纷投入其中。
固态电池相较于使用液态电解质的锂离子电池，优势明显：能量密度优于三元锂电池、安全性更强。
固态电池单体能量密度在实验室阶段可以达到430Wh/kg，中期测试可以达到375 Wh/kg，量产阶段达到300 Wh/kg的锂离子电池天花板，可以说是非常轻松；而锂离子电池的能量终点，也是固态电池的起点。
目前普通锂离电池的安全性的影响因素主要有：一是电极材料特性，例如大电流下工作有可能出现锂枝晶，刺破隔膜导致短路破坏；二是电解液为有机液体，在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。
固态电池的性质可以很好地解决以上问题，将电池的工作温度从现在普遍的40度极限提升至更高。
这些优点都吸引了一众汽车生产企业以及动力电池生产企业，纷纷投入巨额资金，想要让这一技术从实验室走向市场。
丰田、宝马等车企都是固态电池的支持者。丰田在2014年拿出体积能量密度达到400Wh/L的实验室原型制品，并表示2025年实现商业化。2017年，丰田还与动力电池供应商松下达成协议，共同开发方形固态电池；宝马则投资2亿欧元打造电芯研发中心，开发包括固态电池在内的多种新型电池；韩国三大蓄电池生产商——LG化学、三星SDI、SK创新2018年11月宣布携手研发电池技术，成立1000亿韩元基金，研发包括固态电池、锂金属电池和锂硫电池在内的下一代电池产业生态系统；而宁德时代、比亚迪这类动力电池生产企业也不得不抓住这一趋势。
最新进展是，三星研发的全固态电池将电池能量密度提至900Wh/L，同时体积比同样容量传统锂离子电池缩小50%。三星对全固态电池的预期是率先用于电动汽车领域，原型产品单次充电可达到800公里续航，循环次数高达1000次。
如果有能够实现锂电池性能突破的技术，相信企业一定会以最快的速度跟进生产开发，毕竟这意味着在新能源领域的重要先机：一方面是性能仍不满足大规模商业化的需要，另一方面就是无法与成本达成和解。
三元锂电池采用液态电解质，这种材料可以使电解质与电极的接触面积更大，从而达到较快的传输速度。固态电池的固态电解质与电极材料接触面积小，自然导致传输速度下降。能量的传输分为向内和向外，传输速度不仅影响放电效率，充电效率也会大打折扣，更别提所谓的快充。
这就好比，原本锂离子在水（液态电解质）里游泳，到了固态电池这里，就好像在水泥地上游泳，速度自然就下降很多。
一项技术从实验室走向量产，之间还有一项关键问题，就是成本。因为技术问题，固态电池的生产效率很低，单位生产成本可达到三元锂电池的几十倍。固态电池车不是顶级超跑，要想成为主流，至少能够普遍应用在大众化车型上，价格问题是从实验室到生产过程中的最后一道门。
《中国制造2025》中明确规定：2020年，电池能量密度要达到300Wh/kg；2025年要达到400Wh/kg；2030年达到500Wh/kg。这一目标已经超越了液态锂离子电池的极限，而固态电池或将是完成这一任务的希望。
诚然，不少汽车制造企业计划在2020-2030年推出可量产固态电池，甚至于全固态电池，但针对固态电池，学术界有这样一种声音：“单纯的氧化物基固态电池还处于非常早期的研究阶段。”动力电池的增长需求与锂离子电池能够达到的最大输出效果之间的矛盾，使得固态电池成为未来的一个方向。
氢能源：另一种选择
即使现阶段三元锂电池占据主流，但并不意味着通往零排放目标的道路只有一条。除了电动车，最为主流的当数氢燃料电池车。
氢能源被很多人誉为新世纪的终极能源，氢作为地球上储量最大的能源之一，几乎是取之不尽的。它在使用过程中具有清洁性，众所周知的是，氢燃料电池车的工作原理就是通过氢与氧的加热接触，产生能量，驱动车辆前进，同时水是这一过程中惟一的“排放物”。中间没有产生任何对环境有害的成分，它被称为新能源汽车的终极形态，不是没有原因。
氢能源是日韩企业推开的一扇窗，其中最有代表性的产品——丰田的MIRAI、现代的NEXO都已进入量产阶段。前不久，成立5年的氢燃料重卡制造初创公司尼古拉（Nikola）宣布将在纳斯达克上市，这意味着全球首个IPO的氢燃料整车制造企业将正式诞生。
既然氢燃料电池车如此美好，为什么推广起来存在困难？
首先，它不是完全“无污染”。从整条生产链来看，氢燃料电池车与电动车一样都存在污染转嫁的问题。纪录片《谁杀死了电动车》就从成本的角度讲述了一些氢燃料电池车的问题。氢气生产的价格要高于油，而电的价格（仅就汽车行驶相同里程而言）只相当于油的15%甚至更低。这样对比之下，氢气并没有价格优势。算上加氢站的建设成本，价格自然更加水涨船高。所以，丰田要想推广Mirai也得依靠政府高额补贴。
其次，它对于配套设施的要求要高于电动车。在国内，电动车的快速发展，背后有国家电网提供电力支持，配套设施几乎只有充电桩而已；但氢能源不同，一个氢燃料电池车的推广需要从制氢、运氢、加氢站等一系列设施建设做起，才能保证这样的一辆车在道路上畅通无阻地驰骋。
虽然中国在整车、氢燃料电池系统及上下游产业均有布局，但在零部件方面，很多都需要依赖进口，尤其是最基本的关键材料和部件，如质子交换膜、催化剂等大部分关键零部件及关键材料
无法像电动车一样，既可建立自身优势，又可借助国家电网资源，迅速推广配套设施的建设。这直接导致了氢能源汽车在实行上面临很多问题。
最后，成本仍然是阻碍推广的另一道关隘。一个加氢站的建设成本大概在2000万人民币，相同车型应用氢燃料电池技术的，价格也要高于普通车型。当然，成本可以通过数量扩大而分摊，逐步递减。前提是，要有足够的氢燃料电池车的使用者。
清华大学发布一份报告曾预计，中国氢能及氢燃料电池车将会在2025年迎来发展拐点。 目前，中国已经在商用、运输领域开展了氢能源技术的研发和试制，国家政策已经将氢能源提升到能源战略的高度，要求各地推动充电、加氢等基础设施建设；而国家相关部委也在诸多科技创新和产业规划中将氢能源和燃料电池汽车列为重点支持的领域。日前，上汽旗下的燃料电池项目，在上海正式启动，计划2021年实现12000台套燃料电池电堆和系统的产能。与此同时，奇瑞汽车在氢燃料电池汽车领域也有了新动作。
对于中国这种重度石油对外依赖的国家，氢能源的确是一个值得选择的未来产业。当然，技术的积累是必不可少的。
当新能源汽车能够在性能上完全取代燃油车，相信不需要举起环保的旗帜，也会有很多人购买它。决定燃油车盛行的因素是发动机的效率，决定新能源汽车能否取代传统汽车的，是新能源的性能。
