《電化學(xué)學(xué)會會志》發(fā)表了一篇可免費(fèi)獲取的綜述性文章，來自汽車技術(shù)公司和大學(xué)的專業(yè)人士深入探討純電動汽車電池組和質(zhì)子交換膜燃料動力電池存在的技術(shù)壁壘。

到2020年，歐洲范圍的法規(guī)要求車輛每行駛一公里的二氧化碳排放量控制在95克，只有那些利用可再生能源(風(fēng)能、太陽能等)的增程混合動力汽車和純電動汽車能達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)其他的研究發(fā)現(xiàn)，假如不新增可再生能源發(fā)電量的比例，唯一能夠滿足二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)的車型是電池組驅(qū)動的純電動汽車，即便是電解過程(化學(xué)反應(yīng)所需能量由供電電網(wǎng)或天然氣供應(yīng))生成的氫氣也超過該目標(biāo)值。

理論上來說通過使用可再生電能，增程混合動力車型在純電動模式下，續(xù)航里程超過64公里就能夠滿足二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn);而純電動模式下的驅(qū)動方式，可以從電池組供能和氫氣燃料動力電池驅(qū)動系統(tǒng)中進(jìn)行選擇。包括豐田在內(nèi)的多家汽車制造廠商都已經(jīng)開始投入純電動汽車研發(fā)中，其中電池組驅(qū)動的純電動汽車是短距離出行最合適的方式，而燃料動力電池電動汽車更適合于單次較長的行駛距離。

不論電池組驅(qū)動的純電動汽車，還是燃料動力電池電動汽車，都存在成本和耐久性挑戰(zhàn)，依然要突破性的革新技術(shù)早日出現(xiàn)。重要的技術(shù)難點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

雖然工程師們在鋰離子電池組上花費(fèi)了大量的研究和開發(fā)精力，但是比能明顯超過0.25千瓦時(shí)/千克的電池系統(tǒng)至今都沒能實(shí)現(xiàn)。因此關(guān)于中型車市場而言，基于鋰離子電池組驅(qū)動的純電動汽車單次充電續(xù)航里程超過300公里暫時(shí)還沒有理論可能，即便有相關(guān)產(chǎn)品問世，價(jià)格也是一般消費(fèi)者難以承受得起的。

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以鋰作為基礎(chǔ)的鋰/空氣或者鋰/氧氣電池系統(tǒng)，目前缺乏穩(wěn)定的電極組件和電解質(zhì)材料，無法保證在充放電循環(huán)過程中氧氣的再生還原率達(dá)到100%。所以未來的基礎(chǔ)研究和材料開發(fā)中，要對鋰/氧氣電池的可行性展開進(jìn)一步的驗(yàn)證。假如實(shí)用性得到確認(rèn)，批量化生產(chǎn)的鋰/氧氣電池系統(tǒng)比能將有所提升，但是相比于傳統(tǒng)鋰離子電池組(使用硅/碳合成陽極和HE-NMC、NMC811、NCA陰極)，優(yōu)化程度最多達(dá)到1.5倍。

鋰/硫電池組很難獲得理想的比重能量密度，近些年汽車工業(yè)的理念開始改變，越來越重視比體積能量密度，而不是單純的比重能量密度。無論采用何種電極材料，鋰/硫電池組可達(dá)到的比體積能量密度都大幅度低于傳統(tǒng)鋰離子電池組。為了使得電池單元的比重能量密度具有競爭力，鋰/硫電池組要相當(dāng)大的表面積容量(大于4毫安時(shí)/平方厘米)和非常高的陰極硫含量(大于60%)。這種使用硅陽極的鋰/硫電池組單元比能量密度達(dá)到350到400瓦時(shí)/千克，最高效能是傳統(tǒng)鋰離子電池組的1.3倍。

在比體積能量密度方面，鋰/硫電池組單元完全比不上傳統(tǒng)鋰離子電池組。但是考慮成本因素，鋰/硫電池組可能有一定優(yōu)勢，因?yàn)樘岣呱芷诤桶踩缘母郊硬考?擴(kuò)散膜等)價(jià)格相對較低。假如固體電解質(zhì)界面膜被研發(fā)出來阻止電解液的持續(xù)消耗，應(yīng)用硅材料取代金屬鋰作為陽極材料，將有可能提高能量密度和延長生命周期。鋰/硫電池組的硅陽極依然是一個(gè)開放性問題，涉及到怎么樣與鋰相兼容，方法包括工業(yè)可行的預(yù)處理鋰化工藝，或者用硫化鋰代替硫陰極。

在過去的十年中，氫氣燃料動力電池得到了非常大的進(jìn)步。陰極高活性催化劑理念正將每輛燃料動力電池汽車的鉑金使用量縮減到10克以下。脫合金化技術(shù)加工的新類型鉑/鋁催化劑展示了出色的電壓循環(huán)穩(wěn)定性，達(dá)到美國能源部設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是把先進(jìn)的催化劑理念與高耐久性載體材料結(jié)合到一起，以便確保在整個(gè)汽車使用期限內(nèi)燃料動力電池的性能表現(xiàn)。除此之外，低鉑金負(fù)載造成的質(zhì)量傳輸損失還要得到更詳細(xì)的理解，從而更好地降低損失量。燃料動力電池介質(zhì)膜面對的最重要挑戰(zhàn)是，發(fā)掘那些適用于高工作溫度和相對低濕度環(huán)境下的材料，幫助簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高排熱效率以及減小空氣壓縮機(jī)的能量損失。