NEDO(日本新能源产业技术综合开发机构)公布了2040年日本国内的燃料动力锂电池目标计划，全部目标包括：峰值功率工作电压0.85V、电堆功率密度9kW/L、最大工作温度120℃、耐久性大于15年、续航里程1000km、燃料动力锂电池堆成本1000日元/kW。

峰值功率工作电压0.85V

日本NEDO公布的燃料动力锂电池堆栈性能路线路中提出，至2040年，燃料动力锂电池堆最大负荷处对应的工作电压为0.85V@4.4A/cm2。下图为日本NEDO在2017年公布的2040年燃料动力锂电池堆栈性能路线图，其中2030年目标峰值功率工作电压为0.66V@3.8A/cm2，催化剂担载量0.05——0.1g/kW，0.2A/cm2电流密度对应电压0.84V；2040年目标峰值功率工作电压为0.85V@4.4A/cm2，催化剂担载量0.03g/kW，0.2A/cm2电流密度对应电压1.1V。

日本燃料动力锂电池堆性能路线图(NEDO)

为获得更高功率，提升燃料动力锂电池单电池电压是最基本的途径，但会导致阴极电位新增，形成高电位(>0.85V)。在众多影响燃料动力锂电池寿命的因素中，高电位造成阴极催化剂衰减被认为是造成电堆性能衰减的重要因素。高电位会加剧催化剂氧化物的形成，不仅会降低催化剂Pt颗粒的活性，还会加剧Pt颗粒的降解。

此外，高电位存在的条件下，载体碳材料容易被氧化，从而将Pt颗粒与碳载体之间的结合力减弱，使Pt颗粒脱落，导致催化剂颗粒在电解质中融解，影响催化性能。更严重的是剥离后的Pt颗粒通过电解质或粘接剂结合在一起，使得电解质阻值增大。因此，开发价格低廉、高活性和高稳定性的电催化剂显得尤为重要。

电堆功率密度9kW/L

日本NEDO公布的燃料动力锂电池堆栈性能路线路中提出，至2040年，燃料动力锂电池堆功率密度目标值为9kW/L。目前日本国内，丰田和本田均已推出搭载峰值功率密度3.1kW/L电堆的燃料动力锂电池汽车。但比较燃料动力锂电池动力系统和燃油发动机体积可以看出，有必要进一步提高燃料动力锂电池堆功率密度。

本田燃料动力锂电池动力系统与燃油发动机比较

以本田为例，其最新一代燃料动力锂电池汽车Clarity动力系统体积与V63.5L燃油发动机基本相当，但电堆峰值功率为103kW，仅为V63.5L燃油发动机的一半。假如日本NEDO公布的燃料动力锂电池堆目标功率密度9kW/L可以实现，届时(2040年)燃料动力锂电池汽车动力系统功率密度有望超过燃油发动机，真正实现与传统汽车抗衡。

功率密度针对燃料动力锂电池堆使用场合较多，含义为燃料动力锂电池堆的峰值功率除以燃料动力锂电池堆的体积(或质量)。由于燃料动力锂电池堆体积(或质量)含义差别较大，通常燃料动力锂电池堆功率密度可分为四层级别，分别为：活性面积层、电池组层、端板层和外壳层。

最大工作温度120℃

日本NEDO公布的燃料动力锂电池堆栈性能路线路中提出，至2040年，燃料动力锂电池堆最大工作温度目标值为120℃。目前，日本丰田和本田燃料动力锂电池堆工作温度区间为75——80℃，电堆冷却液进出口温差在7——15℃。

丰田Mirai燃料动力锂电池汽车主副散热器位置

和传统发动机类似，燃料动力锂电池堆在工作状态下会释放大量热量，需及时通过冷却系统向外界散热，以使燃料动力锂电池堆工作在合理温度区间。由传统发动机知识可得，燃料动力锂电池堆工作越高(温差越大)，散热能力越强(cmδT=Q)。

丰田Mirai燃料动力锂电池系统主副散热器示意

此外，通过提高单体电压至0.85V以上，大大减少电化学反应过程中出现的热量，从源头上减少热量出现。因此，通过提高单体电压(>0.85V)和电池工作温度(120℃)，足以相信届时燃料动力锂电池温度将轻松可控可调。

耐久性>15年

日本NEDO公布的燃料动力锂电池堆栈性能路线路中提出，至2040年，燃料动力锂电池汽车寿命超过15年。其中，燃料动力锂电池乘用车寿命超15万km，燃料动力锂电池大巴寿命超75万km，燃料动力锂电池列车寿命超100万km。

质子交换膜燃料动力锂电池耐久性与其每个部件息息相关，如质子交换膜、催化层、气体扩散层和双极板。质子交换膜的降解机制通常有两种：机械降解和化学降解。机械降解指质子交换膜工作湿度不断发生变化，内部出现较大的内应力，在周期性变化内应力用途下，质子交换膜强度会降低，甚至形成孔洞，严重降低寿命。化学降解是燃料动力锂电池在怠速和开路状态下，电池内部形成大量H2O2，假如电池内部存在一些过渡金属二价离子，在催化用途下，H2O2会转变成活性很强的基团，加速膜降解。

由于阴极催化层电势要比阳极高，大多数情况下阴极催化层电化学环境要比阳极催化层恶劣，因此阴极催化层更容易降解。通常催化层是由Pt/C催化剂和一定量的Nafion粘结而成，因此催化层降解重要指Pt/C催化剂降解和Nafion降解。碳载Pt催化剂的降解通常有四种机制：微晶迁移合并机制、电化学熟化机制、Pt融解且在离子导体中再沉积机制、碳腐蚀机制。催化层Nafion和质子交换膜组成、结构相似，因此降解机制和质子膜类似。

气体扩散层通常由扩散层基质和微孔层组成。扩散层基质通常由碳纤维或碳布经疏水处理形成；微孔层由碳粉通过PTFE溶液粘结而成。通常认为气体扩撒层的降解机制有两种：机械降解和电化学降解。机械降解是在机械应力、气体和水冲蚀等用途下，PTFE脱落降低疏水性影响水气传输性能，同时微孔层孔径可能发生变化甚至部分脱落。电化学降解是高电势条件下，气体扩散层基质中的碳纤维和微孔层中的碳颗粒发生氧化腐蚀，改变组成和结构，影响性能和降低耐久性。

续航里程>1000km

日本NEDO公布的燃料动力锂电池堆栈性能路线路中提出，至2040年，燃料动力锂电池汽车续航里程超过1000km。目前，日本丰田Mirai和本田Clarity两款燃料动力锂电池汽车满载储氢质量都为5kg(70Mpa)，在JC08工况下续航里程分别为650km、750km(丰田Mirai满载储氢容积122.4L，本田Clarity满载储氢容积141L)。

丰田Mirai燃料动力锂电池汽车氢罐摆放位置

本田Clarity燃料动力锂电池汽车氢罐摆放位置

JC08工况车速变化

燃料动力锂电池汽车的续航里程重要和氢气储存压力和体积相关。『燃料动力锂电池干货』了解到，在目前国际主流燃料动力锂电池汽车已实现续航里程700-800公里的前提下，届时1000km公里续航里程并不难。

燃料动力锂电池堆成本1000JPY/kW

日本NEDO公布的燃料动力锂电池堆栈性能路线路中提出，至2040年，燃料动力锂电池堆成本目标值为1000日元/kW，燃料动力锂电池系统成本目标值为2000日元/kW，氢瓶成本目标值为10万日元(注：上述成本目标值均建立在年产量50万套前提下)。

燃料动力锂电池汽车目前最大的课题是燃料动力锂电池组等专用部件的价格尚高，丰田与本田的燃料动力锂电池汽车低成本方向略显不同。丰田低成本方向是与旗下混合动力汽车共享电动部件，本田则是与旗下插电式汽车(PHEV)共用底盘。

丰田混合动力汽车年销量超过100万，通过在燃料动力锂电池汽车中运用HEV的部件量产效应来降低成本。如驱动马达及逆变器采用了与车型级别接近的“雷克萨斯RX450h”相同的产品，镍氢电池则采用了与中型轿车“凯美瑞”相同的产品。注意，丰田没有让Mirai与PHEV共用底盘，原因是2015年底导入的跨越车型级别可以共用部件的丰田TNGA(丰田新型全球架构)是从第四代普锐斯开始采用，Mirai问世比第四代普锐斯早一步。

本田Clarity燃料动力锂电池汽车底盘

本田燃料动力锂电池汽车采用的战略是通过与旗下PHEV共用底盘来降低成本。PHEV用底盘，除了能将电池铺设在地板下方之外，后座下面的氢罐也可以换成。当然，本田FCV还实现了电动部件的通用化，如锂离子电池组与旗下雅阁车型通用，驱动马达与飞度EV通用。