锂离子电池vs燃料电池
基础理论层面
电池容量=能量密度x电池体积。比较这两种技术之间的优劣时，首先需要比较一下两者的能量密度，就实际应用来说，一种材料的能量密度肯定是越高越好，但是对于燃料和电池而言，只比较能量密度显得有点不公平，因为燃料燃烧是将化学能转化为热能过程，而电池则是将化学能直接转化为电能的装置。众所周知，不同形式的能量是有“品质”之分的。电能作为一种有序的能量，品质肯定要比作为无序能量的热能高得多。因此除了比较能量密度之外，还需要比较两者的能量利用效率。对于动力电池而言，即需要比较两者最终转化为驱动车辆行驶的机械能的效率。
能量密度
首先介绍一下能量密度的计算方法，对于燃料，比较其单位质量的物质燃烧所放出的热量的大小，对于电池，则比较单位体积所储存的电量。常见物质的能量密度如下：
氢气：142.9MJ/Kg 汽油：46.4MJ/Kg 锂：43.1MJ/Kg
从这里可以看出，氢气具有巨大的优势，其能量密度即使相比于汽油也高出两倍之多。当然，上面的计算只是理论数据，实际应用中由于各方面的能量损失，真实能量密度远远小于上面所列出的数值。对于锂离子电池而言，由于电解质，正负极材料的存在，其锂含量大概是总重量的1.5%，因此换算下来，锂离子电池的能量密度大概只有0.36~0.875MJ/Kg。
由于燃料电池时一种发电装置，其能量密度应等于氢气的能量密度。若考虑到电堆及储氢罐的重量，以丰田mirai为例，其前后两个储氢罐可以在70Mpa的压力下存储122.4升即5kg高压氢气，而配套的114kW电堆的质量约为56kg，加上重达87.5kg高压储氢罐，其总体能量密度为4.97MJ/Kg。
为了克服天然存在的理论瓶颈，要想使锂电成为“真正”的高能电池仅有两条道路：提高电池工作电压或者提高正负极材料的比容量。因为负极工作电压已经没有降低的可能，那么高压就必须着眼于正极材料。而如果采用具有高充电电压的材料如镍锰尖晶石和富锂锰基固溶体正极材料（充电电压分别为5V和4.8V），必须采用全新的高压电解液体系，目前还有很长的路要走。
新能源汽车谁能笑到最后，只取决于一个因素——能量密度，再准确一点就是整套动力系统的能量密度。从目前来看，纯电动汽车技术更加成熟，氢能汽车却昭示着未来发展方向。
能量利用效率
由于卡诺循环的限制，内燃机的在实际使用中的极限热效率大约55%，但是由于发动机在运转过程中的由于摩擦带来的机械损失以及燃烧后的热量损失，燃料中的能量并不能全部转化成有效功。目前汽油机的热效率一般为25%-35%，通过提高提高废气再循环率等一系列改进，丰田第四代普锐斯上所用的发动机热效率能达到40%。这已经是相当牛逼的水平了。
再回到燃料电池，考虑到氧还原反应的标准电极电位为1.23V，因此氢氧燃料电池的理论开路电压应该为1.23V。但是由于一系列副反应的存在（fuel crossover, internal short and parasitic oxidation reactions），实际开路电压只有约1.05 V。但是这也不是实际可以使用的电位，由于阴极氧还原反应需要克服电极反应的能垒，因此导致本来就已经被削弱的的电压进一步受到损失，这也是为什么燃料电池中不惜采用贵金属铂作为催化剂，因为Pt可以有效降低氧还原反应的能垒，减少阴极的电位损失，在现在最好的Pt催化剂下，电池的输出电压可以达到0.9V，因此氢燃料电池的极限效率为73%。这只是单电池的极限效率，将单电池组装成电堆，效率会进一步下降，最终实际能量转换效率约为40%-60%。
技术应用层面
单车技术参数
制造成本
锂离子电池。根据彭博新能源财经（BNEF）的调查，锂离子电池组的平均价格降至209美元／千瓦时，到2025年价格将降至100美元／千瓦时以下。价格下滑的原因是电池制造行业的不断增长以及显着的规模经济开始真正降低成本。
燃料电池。催化剂方面。成本高，Pt占53%，稳定性差。
续航里程
锂离子电池。目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100-300 km，并且这个数字通常还需要保持适当的行驶速度及具有良好的电池调节系统才能得到保证。
燃料电池。以丰田氢燃料电池车MIRAI为例，其能量传递路线跟油电混合动力车的低速纯电驱动模式是一样的，只不过发动机变为燃料电池反应堆，而汽油箱变为储气罐。储气罐里的氢气和外界环境的氧气在反应堆里发生化学作用产生电能，电能经过升压变换器改变电压值之后传递给电机驱动车轮，而剩余的电能储存在蓄电池中，用于急加速、上坡，以及为车载用电设备供电。在这种模式下MIRAI的续航里程可以达到一次充气跑500公里。
充电/气时间
锂离子电池。充电速度慢，充电桩成本高，不同厂家在充电接口标准上差异十分明显，导致不同品牌汽车之间根本无法共用充电桩，充电桩运营商之间信息的不互通，导致终端用户无法在一个平台同时共享所有充电桩的信息。
燃料电池。根据本田旗下Clarity车型的数据，汽车在充气5分钟的情况下能实现长达589公里的续航里程，相较锂离子电池电动汽车优势明显。
电池使用寿命
锂离子电池。以特斯拉MODEL S 90D为例，它采用的是18650的三元锂电池，这类电池电芯在循环使用2000次以后，容量还能达到初始容量的80%。实际上，在日常用车中根本达不到这些所谓的理论数值：不合理的充电方式、遇冷遇热、不良的驾驶习惯等都会对电池造成伤害，加大电池损耗、降低续航里程。最终不可避免的是更换电池，增加使用成本。除此之外，锂离子电池报废后的回收和处理随着产业化的进一步扩大也会变得越来越严重，这些难以处理的废料可能会造成严峻的环境污染问题。
燃料电池。根据美国能源部发布的指标，在现今的市场导入阶段，燃料电池系统的使用寿命大于5000小时（208天）即可满足商用要求。
基础设施建设：充电桩 vs. 加氢站
充电桩方面。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟（充电联盟）统计，截止到2016年底，公共类充电桩建设、运营数量14.1万个，相较于2015年末4.9万个净增2倍以上，截至2017年9月，我国公共类充电桩建设、运营数量共19.06万个，截至2018年6月，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩27.18万个，充电设施保有量平稳增长，中国充电基础设施公共类充电设施保有量全球第一。
加氢站建设方面。国内目前正式运营的只有12座加氢站，且技术不成熟，安全标准高，现有技术水平下国内加氢站方圆2000米内不得有建筑，目前日本的技术可以做到500米。加氢站建设成本较高，维护成本较高，所需的关键部件没有量产的成熟产品，大多依靠进口，目前运营车辆较少，盈利较为困难。
另一种思路
燃料电池与锂离子电池，你死我活的斗争？
其实严格意义上来说，燃料电池和锂离子电池由于功能的不同并没有构成直接竞争关系，因为前者是一种发电装置，而后者只是一种储电装置。锂离子电池的最大缺陷在于续航里程不足以及充电时间过长，与其继续在锂离子电池领域寻求能量密度的突破，不如放眼到其他领域，打破人们长久以来所认为的燃料电池和锂离子电池相互竞争的关系这一局限看法，如果和燃料电池搭配使用，那么对于锂离子电池来说的续航里程和充电时间都将不是问题。事实上早已经有人想到这种思路，在2017年法兰克福车展上，奔驰最新发售的GLC F CELL即使用了紧凑的燃料电池系统和插电式动力系统辅助，二者综合续航可达437公里，已经能够满足日常出行的需求
能量密度的天然局限昭示着电池技术已死？
之前看到网上有人科普电池技术已经进入一个死胡同，因为根据最开始的分析，能量密度再怎么提高也是有理论极限的，而这种与生俱来的局限性意味着电池技术在将来不可能产生巨大突破。但是这个论据的成立其实包含一条假设在里面，即人们对于电池能量密度的需求随着时间的发展一直在提高，换句话说，人们希望电池的能量密度越高越好。这句话第一眼看过去没什么毛病，不过仔细想想的话，为什么人们希望电池能量密度提高？是因为人们希望一次充电能用得更久，希望电动车也能拥有像传统燃油车那样的续航里程。那要是有一种技术可以在不提高能量密度的情况下实现长续航里程甚至无限续航里程呢？这个问题自然就迎刃而解了。而这种技术，也是当时去日本九州大学交换时在冈田教授的课题组带给我的最大启发，就是无线充电技术。在老师的设想下，未来无线充电技术必定将会大规模普及，到时候每条公路下面都会铺设发送无线充电信号的设备，电动汽车因此可以实现边跑边充电，从而获得理论上无限久的续航里程。这种技术并不是天方夜谈，事实上目前在韩国已经有一条公交线路采用无线充电技术进行试运营，相信在不久的将来随着电动汽车的进一步推广和规模化，这种技术必定将应用到更加广阔的场合。而正是凭借着这种信念，冈田教授实验室的主要研究方向为钠离子电池，即如何进一步降低锂离子电池的成本，因为未来制约电池技术的不是能量密度，而是在规模化效应下由于金属锂较低储量所带来的成本提升。其实关于电池技术未来的两个发展方向，即增加能量密度还是降低成本，学术界也一直在争论不休，每个教授都有自己的倾向性，但是目前已经有越来越多的人转移到降低成本的方向上来，除了上面对未来的美好愿景，还有一个重要的原因，即能量密度不断提升所带来的安全性隐患。记得有个教授曾经说过一句话，我们现在研究如何提高电池的能量密度，这样发展到最后造出来的到底是电池还是炸弹呢？