機動車性能主要為續航能力、充電/充氫時間、輸出功率和安全性等。燃料電池能量密度遠高于鋰電池，相應電池容量，快充能力和續航里程就具備了天然的優勢，即使是和鋰電池的頂級豪車Tesla相比也是大幅領先。但其功率密度不高，最大輸出功率取決于輔助的動力電池系統，相應最高時速和百公里加速指標和鋰電池相差不大。為了便于比較，我們下文選取目前主流的2L排氣量汽油車，對應45度鋰電池車和輸出功率100KW燃料電池車作為分析基準。

能量密度比較

鋰電池作為蓄電池的一種，是個封閉體系，電池只是能量的載體，必須提前充電才能運行，其能量密度取決于電極材料的能量密度。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料，如從鉛酸、到鎳系、再到鋰電池。但鋰已經是原子量最小的金屬元素，比鋰離子更好的正極材料理論上就只有純鋰電極，但能量密度其實也只有汽油的1/4，而且商業化的技術難度極大，幾十年內都無望突破。因此鋰電池能量密度提升受制于理論瓶頸，空間非常有限，最多也就是從目前的160Wh/KG提高至300Wh/KG，即使達到也只有燃料電池的1/120，可謂輸在起跑線上。

體積能量密度比較

燃料電池的原料氫氣主要缺點就是體積能量密度不高，現在基本上是采用加壓來解決這個問題。按照現行的700個大氣壓的加壓模式，其體積能量密度是汽油1/3。同樣跑300公里，燃料電池儲氫罐體積為100L，重量為30KG，對應汽油車油箱為30L，但電動機體積比內燃機小80L，總體積相差不大。鋰電池車分為三元和磷酸鐵鋰兩種主流技術路線，代表企業為Tesla和比亞迪。三元能量密度更高，但安全性差，需要輔助的安全保護設備，跑300公里所需的兩種電池體積分別為140L和220L，重量為0.4噸和0.6噸，都遠高于燃料電池。展望未來如果儲氫合金和低溫液態儲氫技術能夠突破，燃料電池體積能量密度將分別增加1.5倍和2倍，優勢會更為明顯。

功率密度比較

燃料電池本質上可以理解為以氫氣為原料的化學發電系統，因此輸出功率比較穩定，為了最大提高放電功率必須附加動力電池系統，如豐田Mirai就是配套鎳氫電池。但作為一個開放的動力系統，其能量來自于外部輸入，附加的鎳氫電池不需要考慮儲能的問題，只要5-8度就能滿足需求，對電池壽命的要求也不高，在真實工況下的使用限制很少。鋰電池雖然理論放電效率很高，但為了不傷害電池壽命，使用限制很多。在充滿電的情況下不能大倍率放電，快速放電只適用0-80%這個區間。即使如此，以5C倍率放電，實驗室中的電池循環壽命也會縮短到只有600次，真實工況下會進一步降至400次，如Telsa即使最大功率可達310KW，但實際放電倍率也只有4C。而且鋰電池作為能量密度不高的封閉儲能體系，高功率放電和高續航里程基本很難兼容，除非大幅提升電池重量。即使Tesla采用了目前能量密度最好的三元電池，其電池組件重量都接近半噸。

安全性比較

除了上述指標，安全性對于機動車來說無疑也非常關鍵。鋰電池作為封閉的能量體系，從原理上高能量密度和安全性就很難兼容，否則就等同于炸彈。因此現在主流工藝路線中，能量密度低的磷酸鐵鋰安全性卻較好，電池溫度達到500-600度時才開始分解，基本不需要太多的保護輔助設備。Telsa采用的三元電池能量密度雖高，但不耐高溫，250-350度就會分解，安全性差。其解決方法是并聯了超過7000節電池，大幅降低了單個電池漏液，爆炸帶來的危險，即使如此也還需要結合一套復雜的電池保護設備。并且前期發生的幾次事故，雖然得益于Telsa的安全設計并沒有出現人員傷亡，但就事故本身而言，其實都是非常輕微的碰撞，車身也沒有收到什么傷害，但電池卻著火了，也側面反映了其安全性上天然的劣勢。

燃料電池由于原料氫氣易燃易爆，市場普遍擔心其安全性問題。但如我們下表的數據，相比汽油蒸汽和天然氣這兩種常見的車用可燃氣體，氫氣的安全性并不差，甚至還略好。現在車用儲氫裝置都采用碳纖維材料，在80KM/h速度多角度碰撞測試中都可以做到毫發無損。即使車禍導致泄露，由于氫氣爆炸要求濃度高，在爆炸前一般就已經開始燃燒，反而很難爆炸。而且氫氣重量輕，溢出系統的氫氣著火后會迅速向上升起，反而一定程度上保護了車身和乘客。而汽油為液態，鋰電池為固態，很難在大氣中上升，燃燒都在車艙底部，整車會迅速著火報廢。氫氣儲運環節其實和LNG非常類似，只是所需壓力更大，隨著商業化推進，其整體安全性也還是可控的。