氫燃料電池汽車的前景、主要優(yōu)勢及發(fā)展難點(diǎn)

氫燃料電池汽車的前景

氫燃料電池（電動(dòng)）汽車的關(guān)鍵所在和奧秘之處，在于它的動(dòng)力來源—?dú)淙剂想姵亟跬昝篮头浅＠硐氲?a target="_blank">工作原理與機(jī)制，它名義上叫“電池”，而實(shí)質(zhì)上是一種基于化學(xué)原理，將作為“燃料”（并沒燃燒）的氫氣和空氣中的氧化劑反應(yīng)生成化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置—?dú)錃獍l(fā)電機(jī)。

燃料電池早期主要應(yīng)用于航天和軍事目的，后來，鑒于其巨大的潛在優(yōu)勢和應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)重的交通環(huán)境污染，人們有研究將它應(yīng)用于汽車動(dòng)力裝置，經(jīng)過這數(shù)十年科學(xué)家和科技人員扎扎實(shí)實(shí)的埋頭探索和反訴試驗(yàn)研究，如今，世界上氫燃料電池汽車的技術(shù)進(jìn)步飛快，成果顯著，大大超出了許多人的預(yù)想，已經(jīng)展現(xiàn)出光明的發(fā)展前景。在電動(dòng)汽車依舊燒車的關(guān)鍵技術(shù)障礙久攻不下的困擾下，氫燃料電池汽車的確給人們來帶一種“眼前一亮”的感覺。

在世界汽車工業(yè)界多年艱難嘗試了多種新能源汽車技術(shù)方案后，依據(jù)氫燃料電池汽車表現(xiàn)出來的無與倫比的卓越環(huán)保性和高能效，再參照對(duì)全球正在醞釀興起的第三次工業(yè)革命的預(yù)判，學(xué)界有人斷言，氫燃料電池汽車很可能是世界汽車的最終發(fā)展目標(biāo)和新能源汽車終極解決方案。該項(xiàng)革命性的技術(shù)成果對(duì)人類未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)將產(chǎn)生重大影響和廣闊的發(fā)展前景，已被世界一些具有敏銳眼光的科學(xué)家所認(rèn)識(shí)。

世界經(jīng)濟(jì)論壇新興技術(shù)跨界理事會(huì)由18位頂尖科學(xué)家團(tuán)隊(duì)組成，評(píng)選出全球未來最具發(fā)展?jié)摿?xiàng)目，諸如無人機(jī)、新一代機(jī)器人、金屬3D4D打印等十大新興科技，其中，氫燃料電池汽車位居榜首。

燃料電池潛在的遠(yuǎn)大發(fā)展前景，不僅為汽車業(yè)界人士所認(rèn)識(shí)，而且也受到航空界的青睞，意大利都靈理工學(xué)院成功研制出世界首架燃料電池飛機(jī)，并在柏林航空展上展出，在此之前，該架飛機(jī)已在漢堡試飛成功。在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國航空航天中心也展示了其研發(fā)的燃料電池飛機(jī)，同樣，鑒于其巨大的優(yōu)越性，燃料電池潛艇也是目前世界各軍事大國研發(fā)的熱點(diǎn)之一。

過去，我國很多人的代步工具都是燃油的汽車和摩托車，現(xiàn)在隨著純電動(dòng)汽車和電動(dòng)摩托車取代了大部分的位置?；谌剂想姵氐木薮髢?yōu)越性及清潔可再生能源技術(shù)的發(fā)展，未來，傳統(tǒng)的蓄電池自行車被氫燃料電池自行車取代。法國就有這么一家公司，推出了世界首款被命名為“阿爾法”的氫燃料電池自行車，首批造了100輛，售價(jià)人民幣1.7萬，當(dāng)然，沒有超過路易威登的自行車，人家那個(gè)可要20多萬，不過大批量的生產(chǎn)，售價(jià)應(yīng)該會(huì)大幅下降，可能3-5000還是要的。

值得我們關(guān)注的是，近期國外有關(guān)機(jī)構(gòu)已研發(fā)成功可作為手機(jī)和電腦電源的燃料電池。如果這種電池也能獲得大量應(yīng)用，則不僅會(huì)促進(jìn)燃料電池事業(yè)的快速發(fā)展，而且也能大大推動(dòng)可再生清潔能源的普及和應(yīng)用。

氫燃料電池汽車的主要優(yōu)勢

1、基本優(yōu)點(diǎn)

裝備以質(zhì)子交換膜為代表的氫燃料電池汽車主要優(yōu)點(diǎn)很大程度要?dú)w功于燃料電池非常理想的工作原理。至少可以說，它在保持和擴(kuò)大純電動(dòng)汽車優(yōu)勢的同時(shí)，又?jǐn)P棄了后者固有的缺陷和不足。

A、極好的環(huán)保性。我們就拿豐田MIRAI而言，在行駛過程中，只排放純凈水而沒有其他任何有害物質(zhì)，能不能喝我不知道，我不建議你喝；同時(shí)，這也符合大自然循環(huán)的規(guī)律。汽車運(yùn)行工作的副產(chǎn)品—水，雖然以目前的狀況看，汽車使用者還不能直接回收利用，但排入大自然總會(huì)還是要被循環(huán)利用的，或者再次電解制氫，或者養(yǎng)些花花草草。從能源的生命周期來看，如果汽車使用的氫燃料是來自工業(yè)廢氣等副產(chǎn)品以及通過可再生清潔能源而取制，那么車輛總的排放污染也是很低，很少的。在雙碳政策和全球環(huán)境衛(wèi)生要求、氣候變化異常等嚴(yán)峻的局面下，促使我們現(xiàn)在把發(fā)展新能源汽車的目光聚焦到氫燃料電池汽車上，說到底是更看重其卓越出眾的環(huán)保性。但也因?yàn)槟壳凹託湔?、氫能源車還不多，成本依舊居高不下。

B、能源效率特別高。從車輛的動(dòng)力裝置—?dú)淙剂想姵氐墓ぷ髟韥砜?，他產(chǎn)生動(dòng)力不經(jīng)過熱機(jī)的過程，不受熱力循環(huán)限制，基本上沒有熱釋放和熱能的損失。因此，能源的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到六七成，甚至更高，大致是內(nèi)燃機(jī)的2-3倍，從這個(gè)角度來看，大力發(fā)展氫燃料電池汽車也是我國破解能源困局的有效決策和重要舉措了。

C、氫能源資源豐富。作為最小的分子元素，從初中就認(rèn)知了它，向燃料電池提供的燃料——?dú)?，來源和分布都十分廣泛，從理論上說，在宇宙的質(zhì)量中都有75%的氫元素。地球上的氫也無處不在，無處不有，制取氫的資源豐富，途徑多樣，有點(diǎn)取之不盡用之不竭的感覺。從實(shí)現(xiàn)可采用的技術(shù)手段上講，既可以用包括風(fēng)能、太陽能等清潔可再生能源電解水制氫，也可利用光直接解水制氫，陽光生物（仿造植物光合作用）制氫，或者拿我這種廢物再利用制氫。

D、氫燃料電池汽車乘坐舒適度高。燃料電池汽車與傳統(tǒng)車相比，動(dòng)力系統(tǒng)不存在機(jī)械振動(dòng)和熱輻射問題，不僅可以保證汽車有關(guān)零部件有更長的使用壽命和更高的可靠性，而且汽車運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小，開一天車，腦子也不會(huì)嗡嗡的。

2、與純電動(dòng)汽車相比的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)

基于燃料電池工作原理的科學(xué)、合理性，氫燃料電池汽車就從根本上避免了純電動(dòng)汽車的若干重大缺陷，例如續(xù)航里程局限和易發(fā)燒的安全隱患等。

A、續(xù)航里程局限小，補(bǔ)充能量快。純電動(dòng)汽車跑得遠(yuǎn)，全靠電池密度和蓄電池儲(chǔ)能給，燃料電池汽車的所謂的“電池”，只發(fā)電，不蓄電，裝在儲(chǔ)氫罐里的氫才是車輛儲(chǔ)存的能量，只要將氫源源不斷地提供給燃料電池，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就能獲得足夠的電能而驅(qū)動(dòng)汽車行駛。也就是說啊，氫能源電池汽車的續(xù)航里程并不取決于“電池”，而取決于儲(chǔ)氫罐裝多少。有點(diǎn)像我們很多城市跑出租車的CNG汽車。

B、氫能量的密度大約是汽柴油的2-3倍，現(xiàn)在電動(dòng)車鋰離子的10倍，5公斤的氫儲(chǔ)量可以支持氫燃料電池車跑400公里，而達(dá)到相同的里程數(shù)的純電動(dòng)汽車，電池都半噸重了，相比之下，氫燃料電池車堆則要輕很多，電動(dòng)車自己帶個(gè)半噸重的玩意擱那跑，其實(shí)并不合理，也不科學(xué)，導(dǎo)致很多汽車?yán)m(xù)航達(dá)不到實(shí)際效果。再說，補(bǔ)充個(gè)5公斤的氫氣，那得多快，幾分鐘就直接跑400公里，新能源車，慢充得七八個(gè)小時(shí)，快充也得30分鐘，跑多遠(yuǎn)，你去問問出租車司機(jī)就知曉了。通過這種對(duì)比，還讓我們看到另外一個(gè)問題，就是在推廣普及純電動(dòng)和燃料電池汽車同時(shí)，都需要建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，氫燃料加注站的設(shè)置密度要比純電動(dòng)汽車充電站的設(shè)置密度低很多，這將會(huì)帶來很大的節(jié)約，產(chǎn)生積極的社會(huì)效應(yīng)。

C、電池安全性高，對(duì)環(huán)境友好。氫燃料電池由極板夾著很薄的電解膜構(gòu)成。在電解膜一陽極上，氫被諸如鉑一類的催化劑分解為電子和質(zhì)子，質(zhì)子可以穿過電解膜，與空氣中的氧生成水蒸氣排出，而電子則統(tǒng)統(tǒng)被電解膜攔截，集中起來生成電流。這一過程是在物質(zhì)的原子水平上發(fā)生的，從理論上講，沒有熱輻射，就是在實(shí)際應(yīng)用過程中，電池的最高溫度也不會(huì)超過100度，再采取一些冷卻措施，溫度則會(huì)更低，再由于燃料電池失能甚微，即使膜裂了，也不會(huì)發(fā)生爆炸。

D、關(guān)于氫燃料電池在全壽命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，就整體而言，其構(gòu)成材料基本上沒有毒性，在制備、使用和回收處理環(huán)節(jié)，不存在對(duì)環(huán)境有啥污染的問題。在世界范圍內(nèi)，氫燃料電池還處于示范運(yùn)用階段，比如佛山的一部分公共汽車和私家車一共投入大概1700多輛氫能源汽車，跑的公里數(shù)還不夠多（1390萬公里），積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)尚少，若大量使用，燃料電池究竟對(duì)環(huán)境是否會(huì)產(chǎn)生明顯負(fù)面影響，還得留給時(shí)間。

氫燃料電池發(fā)展的難點(diǎn)

盡管氫燃料電池具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但它畢竟是一個(gè)完全創(chuàng)新型、革命性的技術(shù)產(chǎn)品，不可避免地會(huì)有協(xié)議不完善和需要改進(jìn)的地方。

1、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)性能需大幅提高

早期階段，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能欠佳，需要極大的改進(jìn)才能滿足實(shí)際要求，主要由以下幾個(gè)方面：

一是燃料電池的功率密度較低，整個(gè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率受到局限；由于其動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，在汽車均速形勢下，問題倒沒什么，而路況改變的時(shí)候，比如爬坡、加速需要更大功率的時(shí)候，就顯得“汗，難達(dá)”了。

二是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性差強(qiáng)人意。在前期階段，國際上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命普遍不超過3000個(gè)小時(shí)，2020年的目標(biāo)是5000個(gè)小時(shí)，與實(shí)際應(yīng)用有不小的差距，燃料電池汽車行駛4萬-5萬公里后，功率下降了40%，與傳統(tǒng)燃油車跑個(gè)50萬公里上下相比，那差的不是一點(diǎn)點(diǎn)。

三是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力差，尤其是低溫情況下，啟動(dòng)比較困難，續(xù)航里程降低，純電動(dòng)車也有這個(gè)毛病，是因?yàn)殡姵鼗钚詥栴}，不能很好滿足天氣寒冷時(shí)的汽車正常使用要求，南北差異巨大。

2、系統(tǒng)可靠性要求高

為使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)具有足夠大的功率輸出，需要把成百上千個(gè)單體燃料電池集成于一體，構(gòu)成燃料電池堆，不僅要求每個(gè)部件預(yù)有一致的質(zhì)量，而且串聯(lián)作業(yè)時(shí)，也不允許有任何差錯(cuò)。例如單體電池間由于水、熱、壓力、燃料供應(yīng)以及膜的情況不同而出現(xiàn)性能上的差異，那么電池堆內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)不平衡，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作。

除此之外，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由許多不同的部件或單元組成，他們之間也要有完美的匹配，總之，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)技術(shù)含量高，創(chuàng)新潛力大，系統(tǒng)可靠性要求也很苛刻。

控制策略復(fù)雜，速銳得曾對(duì)豐田MIRAI整車控制策略DBC做了深度的研究，在CAN網(wǎng)絡(luò)和汽車控制單元采集到140多項(xiàng)整車ECU控制策略的DBC數(shù)據(jù)，各個(gè)數(shù)據(jù)與整車控制系統(tǒng)之間的系統(tǒng)報(bào)文，控制策略、算法及核心功能做了詳細(xì)的研究與分析，極為復(fù)雜。

3、氫燃料電池制造成本高

在氫燃料電池的前期發(fā)展階段，根據(jù)不同的科技文獻(xiàn)資料的粗略估計(jì)，氫燃料電池汽車的成本是傳統(tǒng)汽車的數(shù)倍乃至10倍，尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池，要使用價(jià)格昂貴的鉑金屬催化劑，不僅導(dǎo)致電池成本升高，而且還要受到鉑金屬礦產(chǎn)資源的約束，因?yàn)槭澜缟系你K礦儲(chǔ)量本來就不多，都拿去做戒指了。

4、氫燃料供應(yīng)是大難題

氫燃料電池汽車的燃料供應(yīng)等基礎(chǔ)設(shè)施，與傳統(tǒng)汽車的完全不同，需要重頭建起。這是一個(gè)龐大的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，可能要經(jīng)歷一個(gè)較長的時(shí)期才能逐步建設(shè)完成。并且，在氫燃料供應(yīng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上，都要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和投資，其中，以下問題需要重點(diǎn)解決。

首先是氫制取。比較理想的、符合可持續(xù)發(fā)展要求的制氫途徑：一是本著“廢物利用”和“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的原則，通過工業(yè)比如化工、鋼鐵副產(chǎn)品和煤層氣（瓦斯）等制氫；二是通過清潔可再生能源電解水制氫，三是通過陽光分解制氫。這三種方式經(jīng)濟(jì)而大批量地制氫，需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新才能突破各種障礙。就目前荷蘭、英格蘭、挪威他們有的通過海水、風(fēng)車和其他方式，投入巨大。

其次需要通過技術(shù)進(jìn)步而獲得安全可靠的管道輸送氫氣和車載儲(chǔ)氫技術(shù)解決方案。就車載高壓儲(chǔ)氫而言，為使儲(chǔ)罐能儲(chǔ)存更多氫，以保證汽車一定續(xù)航里程，就得提高儲(chǔ)罐的壓力。由此，就要確保儲(chǔ)罐的高壓安全性和密封性，若車載容器內(nèi)是液態(tài)氫，則需要有足夠低的局部環(huán)境溫度等，同樣涉及一系列安全問題。

再次，從場景分析，雖然加氫站的設(shè)置密度沒有純電動(dòng)汽車充電樁那么高，但建設(shè)起來，比電動(dòng)汽車充電站要復(fù)雜得多，牽涉面也更廣一些，太難了。

結(jié)語

但是最近4年來看，隨著口罩升級(jí)和逐步放開，人身口罩疫情過后是經(jīng)濟(jì)的口罩期，全球經(jīng)濟(jì)和汽車產(chǎn)業(yè)都受到很大的沖擊，我們又采取了多項(xiàng)減稅策略刺激傳統(tǒng)（汽柴油）汽車恢復(fù)高增長的態(tài)勢。國際上有不少的國家和跨國汽車公司，一直埋頭對(duì)氫燃料電池汽車核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，盡最大努力以創(chuàng)新來驅(qū)動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展，從根本上化解前進(jìn)道路上遭遇的困難與障礙，進(jìn)步呈突飛猛進(jìn)之勢，其成果無論從質(zhì)還是量上來看，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以前十年。

我們與國際的對(duì)比最明顯的，是我們有了口罩的心態(tài)，要么閉門不出，要么不敢出門，要么直接躺平，但是上汽大通一直沒有放棄。上汽大通氫燃料電池車型遠(yuǎn)超商業(yè)化預(yù)期，主要指標(biāo)與傳統(tǒng)汽車相近，這也是國內(nèi)唯一跑到前列的汽車品牌，整車成本因?yàn)榕吭蛞泊蠓陆?，售價(jià)已經(jīng)降到市場上可以接受的程度，他們?cè)谕夂５臄U(kuò)張，一直表現(xiàn)優(yōu)秀，市場上算得上是有競爭力的了，國內(nèi)還有一汽紅旗全新H5、上汽星河氫能源、長安深藍(lán)SL03等。

海外有寶馬IX5氫能源版，這是由豐田和寶馬聯(lián)合開發(fā)的，豐田自己MIRAI就出到2代了，捷豹路虎衛(wèi)士也有一款氫能源車型，現(xiàn)代有一款NEXO氫能源車型，不過名頭大一點(diǎn)的車型還是MIRAI?？得魉梗瓪淠茉谂R港落地了，博世也開始搞這類的電池研發(fā)，巴拉德在上海搞了個(gè)總部；合作領(lǐng)域，豐田和一汽、東風(fēng)、廣汽、北汽、億華通打通了合作。

2022年3月，國家能源局發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》，明確氫能為戰(zhàn)略性發(fā)展重點(diǎn)方向，地方政府積極響應(yīng)，多地針對(duì)燃料電池以及需要取得突破的八大核心零部件發(fā)布補(bǔ)貼方案，資本緊跟政策動(dòng)向，投資并購交易多專注于燃料電池、電堆、膜電極和質(zhì)子交換膜等領(lǐng)域。

對(duì)照下自己，都覺得自己拉胯，作為汽車數(shù)據(jù)類科創(chuàng)企業(yè)，在氫燃料電池車領(lǐng)域，自打深入適配豐田MIRAI整車控制策略DBC后，再無后續(xù)深入新燃料電池車型數(shù)據(jù)解碼和適配的進(jìn)展，不過也沒關(guān)系，反正都要羊了個(gè)羊，2023年大展宏兔再說，兔子宏不宏，全看老百姓兜里米還有多少。

審核編輯 ：李倩