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固態(tài)電池是相對于液態(tài)電池而言的，一般是指固態(tài)鋰離子電池。它用固態(tài)電解質替代了后者的液態(tài)電解質和隔膜。與液態(tài)電池相比，固態(tài)電池最大的優(yōu)點是可以徹底解決安全問題。電動汽車自燃事件時有發(fā)生，主因是液態(tài)電解質屬于易燃物品。雖然近些年來動力電池生產(chǎn)企業(yè)在解決液態(tài)電池的安全隱患方面精益求精：使用耐高溫陶瓷隔膜、修飾正負極材料表面、優(yōu)化電池結構設計、優(yōu)化電池管理系統(tǒng)（BMS）、改善冷卻系統(tǒng)，但仍無法將其根除。只有用固態(tài)電解質取代液態(tài)電解質，鋰離子電池才會百分之百安全。另外，固態(tài)電池的優(yōu)點還有單體能量密度更大（350 -500 Wh/kg）和使用壽命更長（循環(huán)5000次以上，理想情況下可達45000次）。

（圖注：液態(tài)鋰離子電池與固態(tài)鋰離子電池內部結構比較）

液態(tài)電池與固態(tài)電池并非非此即彼的關系，依電解質的形態(tài)分類，兩者之間還有半固態(tài)電池與準固態(tài)電池。如此一來，上面所說固態(tài)電池4字的意思就是全固態(tài)電池了。半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)3種電池被業(yè)內人士統(tǒng)稱為固態(tài)電池。

從液態(tài)電池轉變?yōu)楣虘B(tài)電池不可能也不需要一步到位，可以采取逐步降低液態(tài)電解質含量的方法，沿著先半固態(tài)、再準固態(tài)、最終全固態(tài)的道路前進。

生產(chǎn)全固態(tài)電池的技術難點主要有四個：

電解質電導率低于液態(tài)電解質；

界面電阻較高，低溫環(huán)境下性能差；

循環(huán)充放電過程中電芯體積會發(fā)生變化；

電池管理系統(tǒng)（BMS） 與系統(tǒng)集成方案不成熟。

這些問題最近在實驗里已基本被解決。

目前，大規(guī)模量產(chǎn)全固態(tài)電池的瓶頸主要來自供應鏈：一是電解質及其原材料供應鏈尚未形成，相關工藝尚不成熟；二是生產(chǎn)電極與電芯的設備量產(chǎn)尚需假以時日。

除了大規(guī)模量產(chǎn)尚需時日外，阻礙全固態(tài)電池規(guī)模應用的還有一個問題：生產(chǎn)成本高。因此，業(yè)內人士普遍預計5-10 年后搭載全固態(tài)電池的電動汽車市場才能啟動。不久前，寶馬、日產(chǎn)先后給出了其搭載全固態(tài)電池的試產(chǎn)車面世的時間表：2025年。同時日產(chǎn)還表示將從2028年開始量產(chǎn)其搭載全固態(tài)電池的電動汽車。

全固態(tài)電池的投資機會主要來自固態(tài)電解質的創(chuàng)新。目前常見的固態(tài)電解質主要有3類：氧化物、硫化物、聚合物。日產(chǎn)官宣稱其固態(tài)電池采用的是硫化物固態(tài)電解質。硫化物固態(tài)電解質的優(yōu)點是電導率高，缺點是穩(wěn)定性較差且對水過于敏感。

顯然，全固態(tài)電池，或者說固態(tài)電解質的投資機會3-5年后才會到來。

最近一兩年固態(tài)電池領域的投資機會來自半固態(tài)電池。業(yè)內人士預計半固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化將始于2024~2025 年。實際上，近年以來已有多家國內新能源車企發(fā)布或推出了搭載半固態(tài)電池的電動汽車，蔚來發(fā)布 ET7，東風發(fā)布 E70，嵐圖推出了追風。另外，贛鋒鋰業(yè)也曾發(fā)布消息稱搭載其三元固液混合鋰離子電池的純電動SUV賽力斯-SERES-5將于今年年內上市。

（圖注：蔚來搭載衛(wèi)藍新能源半固態(tài)電池的純電動車ET7，官宣續(xù)航里程1000公里）

半固態(tài)電池的投資機會來自關鍵材料體系創(chuàng)新成果，尤其是供應鏈的新增節(jié)點及其材料。前者包括固態(tài)電解質涂層、原位固態(tài)化鋰鹽等，后者包括鋰鑭鋯氧（LLZO）、磷酸鈦鋁鋰（LATP）、硫化物固態(tài)電解質、新型鋰鹽等。

氫燃料電池
 

氫燃料電池是一種通過引發(fā)氫與氧的化學反應以產(chǎn)生、輸出電能的裝置。氫燃料電池的用途相當廣泛，氫燃料電池車只是其中之一。實際上氫能汽車并非只有氫燃料電池車一種，還有一種名為氫內燃機車。寶馬、馬自達等傳統(tǒng)燃油車巨頭都曾在氫內燃機車的研發(fā)上投下巨資，雖取得一定進展，但最終都不了了之了，原因是氫內燃機車的產(chǎn)業(yè)化前景明顯不及氫燃料電池車。前者的驅動力來自氫內燃機，后者則來自電動機。換言之后者的本質是“自帶氫燃料發(fā)電機的電動車”。目前，氫燃料電池車的性能已與傳統(tǒng)燃油車接近。

氫燃料電池車的優(yōu)勢首先來自氫能的優(yōu)勢。氫能被譽為 21 世紀的“終極能源”：環(huán)保、熱值高、來源多樣、儲運靈活、損耗少。其中最重要的是環(huán)保。豐田汽車前CEO豐田章男曾說：“純電動車并不環(huán)保”。因為純電動車使用的電能大多還是由傳統(tǒng)石化燃料轉化而來的，整個過程并沒有實現(xiàn)零碳排放。氫則可以讓汽車徹底擺脫對傳統(tǒng)石化燃料的依賴，實現(xiàn)零碳排放——這里的氫指的是綠氫，即先實現(xiàn)光伏、風電、太陽能等可再生能源發(fā)電，再退過電解水制造出來的氫。換言之，沒有氫新能源就無法形成閉環(huán)。氫是實現(xiàn)第4次能源革命不可或缺的載體，制氫用氫是可再生能源深度脫網(wǎng)與工業(yè)深度脫碳、實現(xiàn)碳中和的必選項。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，氫燃料電池發(fā)電設備產(chǎn)生1000kW•h（即1000度）電能排放出的污染性氣體的重量不到1盎司，而傳統(tǒng)燃油發(fā)電設備產(chǎn)生1000kW•h（即1000度）電能排放出的污染性氣體的重量是25磅。后者是前者的16倍。

除了氫能本身擁有的優(yōu)勢外，氫燃料電池車的優(yōu)勢還有補能速度快、續(xù)航穩(wěn)定。豐田汽車曾官宣其第二代搭載氫燃料電池的轎車Mirai的性能指標：加氫5分鐘續(xù)航850km——在極限續(xù)航測試中甚至達到了1360km。

當然，目前氫燃料電池在技術上仍不成熟。換言之，它也有一些劣勢。

首先是制氫和儲氫成本都很高。綠氫主要通過電解水或者從碳化石燃料中提取，需要專用設備，價格不菲；氫易燃且性能極不穩(wěn)定，儲氫需要對其進行壓縮，得使用由特殊合金材料制造的低溫儲存裝置，價格也不菲。其次就氫燃料電池本身而言，也還有諸多規(guī)模應用方面的瓶頸：

一是造價高：車用氫燃料電池一般是質子交換膜燃料電池（PEMFC）。生產(chǎn)這種電池要使用質子交換隔膜和鉑觸媒。兩者都是貴重材料，價格很高。

二是反應/啟動性能差：氫燃料電池車的啟動速度不及傳統(tǒng)燃油車。

三是性能體積比偏小：氫的密度很低，一般以液態(tài)形式儲存。既便如此，氫燃料電池車的續(xù)航能力要想與傳統(tǒng)燃油車比肩，仍需要比油箱大得多的儲存裝置。這使得搭載氫燃料電池的車要有較大的體積。

四是基建設施不足：目前無論國內還是國外加氫站都很少。

五是儲運環(huán)節(jié)損耗大：氫從被提煉出來到被注入車的相關儲存裝置，整個過程的損耗率約為50%。

上述這些劣勢讓氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化難以全面提速，只能局限于某些特定領域。不過，由于“終極能源”的特殊地位，幾乎所有在新能源市場上角逐的國家均發(fā)布了氫能發(fā)展規(guī)劃，且給出了明確的發(fā)展目標。換言之，氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化是有時間表的。因此從投資的角度講氫燃料電池是值得關注的。

要規(guī)模化應用氫燃料電池首先得把制氫成本降下來。2023-2025年是全球綠氫（風光氫一體化）項目密集開建期。這意味著綠氫成本將不斷下降，且降幅可以量化。據(jù)光大證券測算，在電費成本下降和碳排放考核趨嚴的加持下，2025-2027年綠氫的制造成本與銷售收益會基本實現(xiàn)盈虧平衡。基于這一預期光大證券認為目前的氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)就類似于2015-2016年的鋰離子電池車產(chǎn)業(yè)。換言之，氫燃料電池車市場已處于啟動期。

（圖注：2023-2025年將是全球綠氫（風光氫一體化）項目密集開建期）

不過，與鋰離子電池車發(fā)軔于高端家用車不同，氫燃料電池車將發(fā)軔于商用車，而且在未來相當長的一段時間里，由于成本與技術方面的原因氫燃料電池車以商用車為主的局面都不會改變。中國電動汽車百人會常務副秘書長劉小詩曾表示：“2030年左右部分氫燃料電池商用車車型將有望在一些使用場景中擁有全生命周期經(jīng)濟性優(yōu)勢”。言下之意，2030年以前，氫燃料電池家用車恐難取得“全生命周期經(jīng)濟性優(yōu)勢”。

因此，未來幾年氫燃料電池的投資機會除了來自氫燃料電池制造企業(yè)及其上游供應鏈企業(yè)、配套設施企業(yè)（比如氫燃料電池發(fā)動機企業(yè)），還來自商用車企業(yè)。國內大多數(shù)商用車企業(yè)在氫燃料電池車領域均有布局。短期看機會最大的是重型卡車。第一商用車網(wǎng)的統(tǒng)計數(shù)字顯示，2022年國內氫燃料電池車總銷量為4782輛，同比增長 155%，其中重型卡車為 2465輛，占比超過一半。業(yè)內人士預計未來幾年氫燃料電池車的銷量有望在重型卡車市場取得突破。

（圖注：重型卡車在氫燃料電池車市場上一馬當先）

結語