氫燃料電池汽車(chē)的前景、主要優(yōu)勢及發(fā)展難點(diǎn)

氫燃料電池汽車(chē)的前景

氫燃料電池（電動(dòng)）汽車(chē)的關(guān)鍵所在和奧秘之處，在于它的動(dòng)力來(lái)源—氫燃料電池近乎完美和非常理想的工作原理與機制，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(méi)燃燒）的氫氣和空氣中的氧化劑反應生成化學(xué)能轉換為電能的發(fā)電裝置—氫氣發(fā)電機。

燃料電池早期主要應用于航天和軍事目的，后來(lái)，鑒于其巨大的潛在優(yōu)勢和應對日趨嚴重的交通環(huán)境污染，人們有研究將它應用于汽車(chē)動(dòng)力裝置，經(jīng)過(guò)這數十年科學(xué)家和科技人員扎扎實(shí)實(shí)的埋頭探索和反訴試驗研究，如今，世界上氫燃料電池汽車(chē)的技術(shù)進(jìn)步飛快，成果顯著(zhù)，大大超出了許多人的預想，已經(jīng)展現出光明的發(fā)展前景。在電動(dòng)汽車(chē)依舊燒車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)障礙久攻不下的困擾下，氫燃料電池汽車(chē)的確給人們來(lái)帶一種“眼前一亮”的感覺(jué)。

在世界汽車(chē)工業(yè)界多年艱難嘗試了多種新能源汽車(chē)技術(shù)方案后，依據氫燃料電池汽車(chē)表現出來(lái)的無(wú)與倫比的卓越環(huán)保性和高能效，再參照對全球正在醞釀興起的第三次工業(yè)革命的預判，學(xué)界有人斷言，氫燃料電池汽車(chē)很可能是世界汽車(chē)的最終發(fā)展目標和新能源汽車(chē)終極解決方案。該項革命性的技術(shù)成果對人類(lèi)未來(lái)經(jīng)濟社會(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)家所認識。

世界經(jīng)濟論壇新興技術(shù)跨界理事會(huì )由18位頂尖科學(xué)家團隊組成，評選出全球未來(lái)最具發(fā)展潛力項目，諸如無(wú)人機、新一代機器人、金屬3D4D打印等十大新興科技，其中，氫燃料電池汽車(chē)位居榜首。

燃料電池潛在的遠****展前景，不僅為汽車(chē)業(yè)界人士所認識，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，并在柏林航空展上展出，在此之前，該架飛機已在漢堡試飛成功。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，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(guò)去，我國很多人的代步工具都是燃油的汽車(chē)和摩托車(chē)，現在隨著(zhù)純電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)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(lái)，傳統的蓄電池自行車(chē)被氫燃料電池自行車(chē)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(chē)，首批造了100輛，售價(jià)人民幣1.7萬(wàn)，當然，沒(méi)有超過(guò)路易威登的自行車(chē)，人家那個(gè)可要20多萬(wàn)，不過(guò)大批量的生產(chǎn)，售價(jià)應該會(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)機構已研發(fā)成功可作為手機和電腦電源的燃料電池。如果這種電池也能獲得大量應用，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用。

氫燃料電池汽車(chē)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(chē)主要優(yōu)點(diǎn)很大程度要歸功于燃料電池非常理想的工作原理。至少可以說(shuō)，它在保持和擴大純電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)勢的同時(shí)，又擯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(guò)程中，只排放純凈水而沒(méi)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)的規律。汽車(chē)運行工作的副產(chǎn)品—水，雖然以目前的狀況看，汽車(chē)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，或者養些花花草草。從能源的生命周期來(lái)看，如果汽車(chē)使用的氫燃料是來(lái)自工業(yè)廢氣等副產(chǎn)品以及通過(guò)可再生清潔能源而取制，那么車(chē)輛總的排放污染也是很低，很少的。在雙碳政策和全球環(huán)境衛生要求、氣候變化異常等嚴峻的局面下，促使我們現在把發(fā)展新能源汽車(chē)的目光聚焦到氫燃料電池汽車(chē)上，說(shuō)到底是更看重其卓越出眾的環(huán)保性。但也因為目前加氫站、氫能源車(chē)還不多，成本依舊居高不下。

B、能源效率特別高。從車(chē)輛的動(dòng)力裝置—氫燃料電池的工作原理來(lái)看，他產(chǎn)生動(dòng)力不經(jīng)過(guò)熱機的過(guò)程，不受熱力循環(huán)限制，基本上沒(méi)有熱釋放和熱能的損失。因此，能源的轉換效率可以達到六七成，甚至更高，大致是內燃機的2-3倍，從這個(gè)角度來(lái)看，大力發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)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，從初中就認知了它，向燃料電池提供的燃料——氫，來(lái)源和分布都十分廣泛，從理論上說(shuō)，在宇宙的質(zhì)量中都有75%的氫元素。地球上的氫也無(wú)處不在，無(wú)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(jué)。從實(shí)現可采用的技術(shù)手段上講，既可以用包括風(fēng)能、太陽(yáng)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(yáng)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(chē)乘坐舒適度高。燃料電池汽車(chē)與傳統車(chē)相比，動(dòng)力系統不存在機械振動(dòng)和熱輻射問(wèn)題，不僅可以保證汽車(chē)有關(guān)零部件有更長(cháng)的使用壽命和更高的可靠性，而且汽車(chē)運行平穩，噪音小，開(kāi)一天車(chē)，腦子也不會(huì )嗡嗡的。

2、與純電動(dòng)汽車(chē)相比的獨特優(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(chē)就從根本上避免了純電動(dòng)汽車(chē)的若干重大缺陷，例如續航里程局限和易發(fā)燒的安全隱患等。

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

B、氫能量的密度大約是汽柴油的2-3倍，現在電動(dòng)車(chē)鋰離子的10倍，5公斤的氫儲量可以支持氫燃料電池車(chē)跑400公里，而達到相同的里程數的純電動(dòng)汽車(chē)，電池都半噸重了，相比之下，氫燃料電池車(chē)堆則要輕很多，電動(dòng)車(chē)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)，導致很多汽車(chē)續航達不到實(shí)際效果。再說(shuō)，補充個(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(chē)，慢充得七八個(gè)小時(shí)，快充也得30分鐘，跑多遠，你去問(wèn)問(wèn)出租車(chē)司機就知曉了。通過(guò)這種對比，還讓我們看到另外一個(gè)問(wèn)題，就是在推廣普及純電動(dòng)和燃料電池汽車(chē)同時(shí)，都需要建設基礎設施的情況下，氫燃料加注站的設置密度要比純電動(dòng)汽車(chē)充電站的設置密度低很多，這將會(huì )帶來(lái)很大的節約，產(chǎn)生積極的社會(huì )效應。

C、電池安全性高，對環(huán)境友好。氫燃料電池由極板夾著(zhù)很薄的電解膜構成。在電解膜一陽(yáng)極上，氫被諸如鉑一類(lèi)的催化劑分解為電子和質(zhì)子，質(zhì)子可以穿過(guò)電解膜，與空氣中的氧生成水蒸氣排出，而電子則統統被電解膜****，集中起來(lái)生成電流。這一過(guò)程是在物質(zhì)的原子水平上發(fā)生的，從理論上講，沒(méi)有熱輻射，就是在實(shí)際應用過(guò)程中，電池的最高溫度也不會(huì )超過(guò)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對環(huán)境的影響，就整體而言，其構成材料基本上沒(méi)有毒性，在制備、使用和回收處理環(huán)節，不存在對環(huán)境有啥污染的問(wèn)題。在世界范圍內，氫燃料電池還處于示范運用階段，比如佛山的一部分公共汽車(chē)和私家車(chē)一共投入大概1700多輛氫能源汽車(chē)，跑的公里數還不夠多（1390萬(wàn)公里），積累的實(shí)踐經(jīng)驗尚少，若大量使用，燃料電池究竟對環(huán)境是否會(huì )產(chǎn)生明顯負面影響，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)機技術(shù)性能需大幅提高

早期階段，燃料電池發(fā)動(dòng)機的技術(shù)性能欠佳，需要極大的改進(jìn)才能滿(mǎn)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)機輸出的功率受到局限；由于其動(dòng)態(tài)響應慢，在汽車(chē)均速形勢下，問(wèn)題倒沒(méi)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”了。

二是燃料電池發(fā)動(dòng)機的耐久性差強人意。在前期階段，國際上燃料電池發(fā)動(dòng)機的使用壽命普遍不超過(guò)3000個(gè)小時(shí)，2020年的目標是5000個(gè)小時(shí)，與實(shí)際應用有不小的差距，燃料電池汽車(chē)行駛4萬(wàn)-5萬(wàn)公里后，功率下降了40%，與傳統燃油車(chē)跑個(gè)50萬(wàn)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)機環(huán)境適應能力差，尤其是低溫情況下，啟動(dòng)比較困難，續航里程降低，純電動(dòng)車(chē)也有這個(gè)毛病，是因為電池活性問(wèn)題，不能很好滿(mǎn)足天氣寒冷時(shí)的汽車(chē)正常使用要求，南北差異巨大。

2、系統可靠性要求高

為使燃料電池發(fā)動(dòng)機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，構成燃料電池堆，不僅要求每個(gè)部件預有一致的質(zhì)量，而且串聯(lián)作業(yè)時(shí)，也不允許有任何差錯。例如單體電池間由于水、熱、壓力、燃料供應以及膜的情況不同而出現性能上的差異，那么電池堆內部就會(huì )出現不平衡，從而影響發(fā)動(dòng)機工作。

除此之外，燃料電池發(fā)動(dòng)機結構比較復雜，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)機系統技術(shù)含量高，創(chuàng )新潛力大，系統可靠性要求也很苛刻。

控制策略復雜，速銳得曾對豐田MIRAI整車(chē)控制策略DBC做了深度的研究，在CAN網(wǎng)絡(luò )和汽車(chē)控制單元采集到140多項整車(chē)ECU控制策略的DBC數據，各個(gè)數據與整車(chē)控制系統之間的系統報文，控制策略、算法及核心功能做了詳細的研究與分析，極為復雜。

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，根據不同的科技文獻資料的粗略估計，氫燃料電池汽車(chē)的成本是傳統汽車(chē)的數倍乃至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，因為世界上的鉑礦儲量本來(lái)就不多，都拿去做戒指了。

4、氫燃料供應是大難題

氫燃料電池汽車(chē)的燃料供應等基礎設施，與傳統汽車(chē)的完全不同，需要重頭建起。這是一個(gè)龐大的系統和網(wǎng)絡(luò )，可能要經(jīng)歷一個(gè)較長(cháng)的時(shí)期才能逐步建設完成。并且，在氫燃料供應的各個(gè)環(huán)節上，都要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新和投資，其中，以下問(wèn)題需要重點(diǎn)解決。

首先是氫制取。比較理想的、符合可持續發(fā)展要求的制氫途徑：一是本著(zhù)“廢物利用”和“循環(huán)經(jīng)濟”的原則，通過(guò)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(guò)清潔可再生能源電解水制氫，三是通過(guò)陽(yáng)光分解制氫。這三種方式經(jīng)濟而大批量地制氫，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(guò)海水、風(fēng)車(chē)和其他方式，投入巨大。

其次需要通過(guò)技術(shù)進(jìn)步而獲得安全可靠的管道輸送氫氣和車(chē)載儲氫技術(shù)解決方案。就車(chē)載高壓儲氫而言，為使儲罐能儲存更多氫，以保證汽車(chē)一定續航里程，就得提高儲罐的壓力。由此，就要確保儲罐的高壓安全性和密封性，若車(chē)載容器內是液態(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(wèn)題。

再次，從場(chǎng)景分析，雖然加氫站的設置密度沒(méi)有純電動(dòng)汽車(chē)充電樁那么高，但建設起來(lái)，比電動(dòng)汽車(chē)充電站要復雜得多，牽涉面也更廣一些，太難了。

結語(yǔ)

但是最近4年來(lái)看，隨著(zhù)口罩升級和逐步放開(kāi)，人身口罩疫情過(guò)后是經(jīng)濟的口罩期，全球經(jīng)濟和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)都受到很大的沖擊，我們又采取了多項減稅策略刺激傳統（汽柴油）汽車(chē)恢復高增長(cháng)的態(tài)勢。國際上有不少的國家和跨國汽車(chē)公司，一直埋頭對氫燃料電池汽車(chē)核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，盡最大努力以創(chuàng )新來(lái)驅動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)繼續發(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(wú)論從質(zhì)還是量上來(lái)看，均遠遠超過(guò)以前十年。

我們與國際的對比最明顯的，是我們有了口罩的心態(tài)，要么閉門(mén)不出，要么不敢出門(mén)，要么直接躺平，但是上汽大通一直沒(méi)有放棄。上汽大通氫燃料電池車(chē)型遠超商業(yè)化預期，主要指標與傳統汽車(chē)相近，這也是國內唯一跑到前列的汽車(chē)品牌，整車(chē)成本因為批量原因也大幅下降，售價(jià)已經(jīng)降到市場(chǎng)上可以接受的程度，他們在外海的擴張，一直表現優(yōu)秀，市場(chǎng)上算得上是有競爭力的了，國內還有一汽紅旗全新H5、上汽星河氫能源、長(cháng)安深藍SL03等。

海外有寶馬IX5氫能源版，這是由豐田和寶馬聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，豐田自己MIRAI就出到2代了，捷豹路虎衛士也有一款氫能源車(chē)型，現代有一款NEXO氫能源車(chē)型，不過(guò)名頭大一點(diǎn)的車(chē)型還是MIRAI?？得魉梗瓪淠茉谂R港落地了，博世也開(kāi)始搞這類(lèi)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(cháng)期規劃（2021—2035年）》，明確氫能為戰略性發(fā)展重點(diǎn)方向，地方政府積極響應，多地針對燃料電池以及需要取得突破的八大核心零部件發(fā)布補貼方案，資本緊跟政策動(dòng)向，投資并購交易多專(zhuān)注于燃料電池、電堆、膜電極和質(zhì)子交換膜等領(lǐng)域。

對照下自己，都覺(jué)得自己拉胯，作為汽車(chē)數據類(lèi)科創(chuàng )企業(yè)，在氫燃料電池車(chē)領(lǐng)域，自打深入適配豐田MIRAI整車(chē)控制策略DBC后，再無(wú)后續深入新燃料電池車(chē)型數據解碼和適配的進(jìn)展，不過(guò)也沒(méi)關(guān)系，反正都要羊了個(gè)羊，2023年大展宏兔再說(shuō)，兔子宏不宏，全看老百姓兜里米還有多少。