自 20 世纪中后期以来，大气中温室气体的浓度一直在增加，导致当代气候持续变暖，以至于现在可以从任意一天的天气中检测到气候变化。 由于对化石燃料的严重依赖，世界上最大的经济体现今仍在产生大量的二氧化碳（图 1）。

在对绿色能源的不懈追求中，锂离子电池和氢燃料电池这两项技术处于热点研究领域，公众兴趣也在不断增加。 锂离子电池和氢燃料电池行业产值预计将在未来十年内分别达到约 1170 亿美元和 2600 亿美元。

锂离子备受关注的一个关键驱动因素在于，其在电动汽车以及消费类电子产品等领域中的使用呈爆炸式增长，而氢作为能源和存储介质，可用于交通运输、建筑物能源供应以及可逆系统电网的长期储能。 预计这两种技术都将在电力供应的脱碳过程中发挥关键作用。

通过我们的 CAS 内容合集™ 进行的分析表明，过去十年中，关于锂离子电池和氢燃料电池的大部分研究都集中在解决当代挑战和使用障碍上，我们将在本篇博客中讨论其中的部分内容。 如果这些技术能够改变能源使用情况，让我们拥有一个更环保的未来，那么这项研究将至关重要。

锂离子电池与氢燃料电池：哪个更有前景？

从表面上看，人们可能会认为与锂离子电池相比，氢燃料电池的储能密度更高、重量更轻、所需空间更小，因此在交通运输领域可能更有前景，而交通运输是这两种技术的关键应用之一。 氢动力汽车的加油速度也比锂离子电池汽车更快。 但是，氢燃料电池也并非没有缺点：在氢能的封装过程中，估计会损失约 60% 的储存氢能，该损失量相当于使用锂离子电池时所损失能量的三倍左右。

然而，这两种技术的应用面显然都非常广，因此如果进行直接比较，情况将会很复杂。 此外，这种观点也忽略了正在进行的研究，以及两种技术更广泛的成本和效益。 CAS 内容合集检索可以让我们深入挖掘表面之下的信息，进一步了解锂离子电池和氢燃料电池在当今和未来的使用情况。

锂离子电池使用面临的挑战

锂离子电池的制造和处置一直是政治和环境关注的主题，与其相关的污染非常严重，而且锂和其他关键资源的不可再生能源来源仍然具有高度相关性。

随着电动汽车数量的爆炸式增长（和电池尺寸的增加），以及智能手机和其他消费电子产品中锂离子电池的快速处置，能源浪费和对不可再生资源的依赖变得越来越严重。 事实上，预计到 2040 年，全球销售的汽车中有 58% 将是电动汽车，而电动汽车产生的废物总量可能将高达 800 万吨。 因此，最近许多关于锂离子电池的研究都集中在如何回收上，旨在减少污染并缓解矿产储量的压力。

由于存在电池材料的财务价值波动、电池设计和材料缺乏技术融合（以及相关的回收劳动力成本）、回收工厂内部的问题、许多回收效益（包括材料保障、安全和环境效益）缺乏货币化，以及全球大部分地区缺乏回收法规等限制，如今全球只有约 5% 的锂离子电池被回收。

氢燃料电池使用面临的挑战

尽管氢燃料电池的成本很高（主要是因为需要使用铂），但最大的挑战在于氢难以储存（和运输）。 事实上，氢作为消费类燃料的成功直接取决于寻找可靠的氢存储材料。以及开发出一套完善且安全的运输系统。

主要研究趋势：锂离子电池

如前所述，回收利用是锂离子电池研究的主要关注点，因为这可以帮助解决当代与锂离子电池相关的污染、能源浪费和矿储藏量有限等问题。 有关该主题的年出版量增长 (32%) 远远超过了所有科学出版物的增长（年增长率为 4%），表明该主题正逐渐引起人们的关注（图 2）。

令人鼓舞的是，对于之前研究较少的锂离子电池组件（启示了一种新兴的、更全面的回收管理思路）和拆卸（图 3），也有了大量的研究，就环保而言，这是一种好现象，因为可以最大限度地提高可回收材料的数量。 直接回收指去除阴极材料后进行再修复，然后在新电池中重复使用，该方法也引起了越来越多的关注（图 4），而且与其他回收方法相比，直接回收的能源成本和试剂成本可能更低。

主要研究趋势：氢燃料电池

1997 年以来，氢燃料领域的专利数量稳步增长，表明全球对这项技术的兴趣日益增长（图 5）。 令人鼓舞的是，氢存储在过去十年中一直是人们感兴趣的主要话题（图 6 和图 7）；氢经济的发展高度依赖于气体存储和运输的能力，因为如果没有这种能力，供应链将无法建立。

CAS 内容合集。

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排在储氢之后的是脱氢（图 6），自 2012 年以来，脱氢已被确定为第二大创新领域。 使用脱氢法可以从液态氢载体中提取氢气，例如已有存储和运输基础设施的化学物质——氨。 因此，该主题可能是扩大氢的利用面的关键解决方案。 正在进行的研究旨在提高高成本工艺（例如 Haber-Bosch 工艺）的效率，这些工艺需要从氢载体（如果是氨源）中提取氢，或者寻找更节能的替代品。

展望未来

CAS 内容合集让我们能够调查当前的主要研究趋势，以发挥锂离子电池和氢燃料电池的潜力——这两项关键技术有助于改变全球能源使用情况，铸就更环保的未来。

此外，研究似乎集中在解决与这些技术相关的关键当代问题上——锂离子电池的当前热点研究领域是回收利用，而氢燃料电池的主要研究主题仍然是氢气存储。

请参阅我们的锂离子电池回收和氢燃料电池白皮书，更深入地了解这两项关键技术在经济、政治、环境和研究布局方面的演变。