化學儲能的底層邏輯:氫氣的能量密度位居所有化學燃料之首。任何一個氧化還原反應都可以被設計成一個電池,任何一個可逆的氧化還原反應都可以被設計成一個二次電池。160 年前法國人普蘭特發明鉛酸蓄電池,選擇的是鉛為還原劑+二氧化鉛為氧化劑,理論能量密度僅為 84mAh/g。為了提升電池能量密度,選擇含更輕的元素的氧化劑和還原劑去替代鉛和二氧化鉛是非常有效的方法。
能量利用的底層邏輯:燃料電池能夠繞過“卡洛循環”,實現化學能的高效轉化。熱力學第一定律告訴我們自然界中的能量是守恒的,能量不會憑空產生,也不會憑空消失,只能從一種形式轉變成另外一種形式。熱力學第二定律是任何能量都可以互相轉換,但是任何轉換過程的效率都不可能是 100%。目前地球上可利用的主要是在煤、石油、天然氣中的化學能,蒸汽機和內燃機的發明解決了化學能的利用問題,但兩者均不能繞開理想熱機“卡洛循環”的能效壁壘,而燃料電池能夠通過有序的化學反應實現能源的高效利用。
燃料電池可越過卡諾循環效率壁壘,轉化效率高達 60%~80%,為內燃機的 2~3 倍:傳統的內燃機通過燃燒石化燃料無序釋放熱能,再將釋放的熱能轉變成機械能。燃料電池一步有序將化學能轉化為電能。燃料電池不用像內燃機那樣通過高溫氣體對外做功并釋放機械能,因此熱轉換效率不會受卡諾循環的限制,能效高達 60%~80%,為內燃機的 2~3 倍。