各位讀者相比已是新能源汽車的車主或準(zhǔn)車主了，咱們先一起回顧下我國純電車發(fā)展?fàn)顟B(tài)情況。

目前我國純電車已經(jīng)發(fā)展到第四階段，預(yù)計(jì)在2025年達(dá)到第五階段，那時(shí)的純電車的性價(jià)比將超過燃油車，進(jìn)入到純電車“大發(fā)展”時(shí)代。但純電車之后，汽車將會(huì)往什么動(dòng)力方式上發(fā)展呢？今天咱們就聊聊這個(gè)話題！

每當(dāng)我們聊新能源汽車時(shí)，一般是講純電車、插電車和燃油車這三者誰更經(jīng)濟(jì)更環(huán)保。網(wǎng)上的各種文章也好，網(wǎng)友評(píng)論也罷，甚至是B站上的彈幕，總會(huì)出現(xiàn)如下幾句話：

“電動(dòng)車都是騙人的”

“混動(dòng)車省油不省錢”

“燃油車終將被淘汰！”。

縱觀鍵盤車神的高深謬論，下面這句話似乎聽起來有些道理：

“氫燃料電池車才是未來！”

沒錯(cuò)，燃料電池車也是國家新能源汽車推廣路線圖上的重要成員，那氫燃料電池車能否完全取代燃油車、插電車、純電車成為真正意義上的未來呢？今天熊主任就從氫燃料車的原理-->經(jīng)濟(jì)可行性-->發(fā)展前景三個(gè)方面來跟大家說說氫燃料的未來。

▊?cè)剂想姵剀嚕‵CEV）的工作原理

氫氣是什么？

氫燃料，顧名思義，就是以氫氣為燃料。也許您覺得氫燃料離您太遠(yuǎn)，根本見不到具體事例，那您就真錯(cuò)了。我們中國人為之自豪的神舟飛船，大家都看過它的發(fā)射直播吧，用于發(fā)射飛船上天的長征2F運(yùn)載火箭，就是用的液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)！

豬年春節(jié)期間刷屏朋友圈的電影《流浪地球》中，氫氣更是貫穿整部電影的核心要素，別忘了開場(chǎng)白就是“氫氣是什么”。

在歐美電影中，氫出現(xiàn)的次數(shù)就更多了，著名科幻電影《火星任務(wù)》中的一個(gè)情景就是關(guān)于氫氣的：

飛行器遭遇微流體星，燃料泄露，點(diǎn)火爆炸導(dǎo)致飛行器損壞的大場(chǎng)面。

氫氣之所以能做燃料，一方面是氧化反應(yīng)后只產(chǎn)生沒有污染的水?；瘜W(xué)方程式為：

2H?+O?=2H?O

另一方面是氫氣能量密度極高，最高可達(dá)到143MJ/Kg，是汽油的3.25倍，是三元鋰電池的130倍。咱們舉個(gè)例子，把一款緊湊級(jí)轎車設(shè)計(jì)成氫燃料電池、汽油、純電動(dòng)轎車三個(gè)版本，那么：

氫燃料版，加注1kg氫氣，大約可以行駛100km；

燃油版，加注1kg汽油大約可以行駛20km；

純電版，1kg電池存儲(chǔ)的電量僅能行駛2km；

注：

燃油車以7L/100km油耗計(jì)算；

純電車汽車以15kWh/100km計(jì)算，電池單體密度以150~300Wh/kg計(jì)算

氫燃料能量密度這么高，估計(jì)又會(huì)有朋友說了，氫氣不是很容易爆炸嗎？其實(shí)只要您了解氫燃料電池的工作原理，就不會(huì)這么想了。下面咱們講一講氫燃料電池的工作原理。

1，氫燃料電池反應(yīng)堆棧工作原理

氫燃料電池是一種通過氫氣與氧氣的化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能的裝置，是一種利用化學(xué)能發(fā)電的裝置。

氫燃料電池工作原理圖

氫燃料電池內(nèi)部，“質(zhì)子交換膜”居中，用金屬鉑做催化劑，將兩側(cè)的氫氣、氧氣分解為離子態(tài)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)釋放電能。

因?yàn)闅浞肿拥捏w積非常小，一個(gè)氫分子中只含一個(gè)帶正電質(zhì)子+一個(gè)帶負(fù)電電子，氫分子在透過“質(zhì)子交換膜”的微孔游離到氧分子部分時(shí)，帶負(fù)電的電子被剝離，只有帶正電的質(zhì)子通過微孔與氧分子進(jìn)行反應(yīng)。至于被剝離的帶負(fù)電電子，就只能通過“導(dǎo)線”在兩塊極板之間移動(dòng)，電子的移動(dòng)就形成電流。隨后2個(gè)氫離子和1個(gè)氧離子結(jié)合成為水，這就是氫燃料電池車唯一的排放物——水（H?O）。

正所謂眾人拾柴火焰高，只靠一片質(zhì)子交換膜產(chǎn)生的電能是非常有限，所以氫燃料電池多以n片堆疊形式出現(xiàn)，也就是俗稱的氫燃料電池堆棧，氫堆！

例如豐田首款量產(chǎn)氫燃料電池車Mirai，它的氫堆就是由370片薄片燃料電池疊堆組成的，其氫燃料電池模組可輸出114kW的發(fā)電功率。

2,氫燃料電池車工作原理和結(jié)構(gòu)

氫燃料電池車的工作原理圖和結(jié)構(gòu)圖

加氫站加注氫氣到高壓儲(chǔ)氫罐

↓↓↓↓↓

氫堆中氫氧反應(yīng)發(fā)電

↓↓↓↓↓

升壓器提升電壓給控制器供電

↓↓↓↓↓

控制器控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛

在氫燃料車中還存在儲(chǔ)能電池，在氫堆發(fā)電量大余驅(qū)動(dòng)所需電量時(shí)，多余電量充入儲(chǔ)能電池，反之則儲(chǔ)能電池輸出電能給電機(jī)。所以氫燃料車中的儲(chǔ)能電池，起來緩沖/穩(wěn)定電能的作用。于此同時(shí)，儲(chǔ)能電池也會(huì)將剎車過程的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存到電池里。

3，對(duì)比內(nèi)燃機(jī)增程式電動(dòng)車、純電車，氫燃料電池車的優(yōu)點(diǎn)：

了解過氫燃料車的運(yùn)行原理，大家應(yīng)該會(huì)聯(lián)想到，氫燃料電池車的結(jié)構(gòu)是和增程式電動(dòng)車有點(diǎn)類似的！沒錯(cuò)，它們都有電池、電機(jī)、電控這3大件，也同樣是儲(chǔ)能電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)，增程器負(fù)責(zé)發(fā)電。不同之處是增程式電動(dòng)車增程器是使用燃油內(nèi)燃機(jī)，依舊會(huì)排放尾氣。而氫燃料電池車發(fā)電裝置是使用的清潔能源，只會(huì)產(chǎn)生沒有污染的水。

而“零排放”的純電動(dòng)車和氫燃料電池車的最大區(qū)別是，能量補(bǔ)充速度！加氫3分鐘續(xù)航500公里，而純電動(dòng)車的充電速度呢？讀者們一定很有發(fā)言權(quán)，純電車充電速度，一個(gè)詞，呵呵！別說充電1小時(shí)續(xù)航500公里，很多純電動(dòng)車最大續(xù)航都不到500km。隨著技術(shù)的發(fā)展，10年內(nèi)，純電動(dòng)車或?qū)⑦_(dá)到350kw的充電速度，換算一下，也就是3分鐘充入100公里。

氫燃料電池車如此完美的擁有了零污染、氫氣加注速度快的優(yōu)點(diǎn)，這是燃油車和純電動(dòng)車望塵莫及的。貌似這2點(diǎn)就足以支撐“氫燃料電池車才是未來”的理論！你們看，豐田首款量產(chǎn)氫燃料電池車Mirai的命名，Mirai即為“未來”的意思。

所以“氫燃料電池車才是未來”，似乎還真沒毛?。?/p>

▊第二部分，氫燃料電池車可行性和經(jīng)濟(jì)性

技術(shù)可行性

我國氫燃料電池研發(fā)相對(duì)日韓是比較滯后的，主要原因是研發(fā)起步晚，致使氫燃料電池車整個(gè)體系，從制氫、儲(chǔ)氫、燃料電池堆等技術(shù)上都沒有足夠產(chǎn)業(yè)支持。

1、常規(guī)的氫氣制造方法有以下幾種：

(1) 電解水制氫法

技術(shù)成熟、過程簡(jiǎn)單，但是成本較高、耗電巨大；

(2) 甲醇裂解制氫法

甲醇(CH3OH)原料來源廣泛，制氫投資低，但是生產(chǎn)規(guī)模有限。目前也有加注甲醇的燃料電池車，就是在車上完成制氫、氫發(fā)電的過程。

(3) 焦?fàn)t氣中取純氫法

這是個(gè)大規(guī)模制氫的方法，技術(shù)成熟成本也低。焦?fàn)t氣主要含有H2（55~60%）、CH4（23~27%）、CO（5~8%）等，是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品，具有污染。

(4) 天然氣制氫法

也是大規(guī)模制氫法，但是工藝復(fù)雜、原料利用率低，并且我國的天然氣也是比較缺乏的資源（天然氣通式是CnH(2n+2)，n≥1。甲烷（CH4)占大部分，少量乙烷(C2H6)，丙烷(C3H8)和丁烷）。

在制氫方法上，存在方法多問題多并舉的局面，以上幾種制氫方法是都不能同時(shí)兼顧環(huán)保、高效、低成本、大規(guī)模。

2、儲(chǔ)氫罐的技術(shù)難點(diǎn)

氫氣儲(chǔ)存有高壓氣態(tài)儲(chǔ)存、低溫液態(tài)儲(chǔ)存、固態(tài)儲(chǔ)存三種方法。目前氫燃料電池車用的是高壓氣態(tài)儲(chǔ)存，即利用高壓將氫氣壓入儲(chǔ)氫罐。儲(chǔ)氫罐也絕不是普通的儲(chǔ)氣鋼瓶，高壓氣態(tài)存氫罐是由碳纖維、玻璃、陶瓷等組成的薄壁容器。

目前全球范圍內(nèi)，量產(chǎn)氫燃料車用儲(chǔ)氫罐達(dá)到耐壓70MPa的水平，正在往80MPa級(jí)別發(fā)展，而我國的70Mpa高壓儲(chǔ)氫容器尚處于探索階段，還沒有生產(chǎn)能力，主要依靠于日本進(jìn)口。

現(xiàn)實(shí)情況確實(shí)很殘酷，以我國主要推廣的氫燃料公交車為例，其所配備的儲(chǔ)氫罐壓力為35MPa級(jí)別。這意味著什么？此等儲(chǔ)氫罐體積巨大，只能在公交車或商用車上使用，完全無法塞入普通乘用車中。

咱們以豐田Mirai舉個(gè)例子，車身長度4890mm，軸距2780mm，典型的中型車（B級(jí)車）尺寸。該車搭載2只70MPa儲(chǔ)氫罐，可容納122.4L氫氣，可供車輛行駛約500公里。盡管搭配了70MPa儲(chǔ)氫罐，但豐田Mirai的后排乘坐空間和后備箱空間已是非常雞肋！

豐田Mirai解刨圖

再說另一款氫燃料電池乘用車，本田Clarity。它的儲(chǔ)氫罐容積達(dá)到了141L，續(xù)航589km，車身長度4915mm比本田Mirai尺寸還大，但也被儲(chǔ)氫罐侵占了很多后備箱空間。

很明顯，雖然氫氣的能量密度很高，但是受制于整套燃料電池系統(tǒng)龐大的體積，圓柱狀的儲(chǔ)氫罐塞進(jìn)車內(nèi)嚴(yán)重侵占乘坐和儲(chǔ)物空間，使燃料電池乘用車的實(shí)用性大打折扣。

如果把70MPa級(jí)別的儲(chǔ)氫罐換成國產(chǎn)35MPa級(jí)別罐塞進(jìn)轎車?yán)?，那?huì)怎么樣？很簡(jiǎn)單，或者第二排座椅徹底取消改為存放儲(chǔ)氫罐，又或者干脆減少儲(chǔ)氫量降低續(xù)航？

3、氫堆的技術(shù)難點(diǎn)

說過氫燃料的外圍部分，終于要進(jìn)入核心正題了，氫燃料反應(yīng)堆棧，氫堆！它的核心材料是“質(zhì)子交換膜”和“鉑催化劑電極”，而困難也就在這兩方面了。

(1)質(zhì)子交換膜：

常用的質(zhì)子交換膜為全氟磺酸質(zhì)子交換膜。全氟物質(zhì)的合成和磺化都非常困難，而且在成膜過程中的水解、磺化容易使聚合物變性、降解，使得成膜困難，導(dǎo)致成本較高。

美國科慕Nafion質(zhì)子交換膜價(jià)格約為120美元/kW，以一個(gè)100kW的氫堆為例，僅質(zhì)子交換膜成本就高達(dá)1.2萬美元（約8萬人民幣）。這單價(jià)可比80美元/KWh（約550人民幣/kWh）三元鋰電池的正極原材料成本要高一些。當(dāng)然燃料電池是發(fā)電裝置，三元鋰電池是儲(chǔ)電裝置，只能在限定條件下對(duì)比，也不能直接對(duì)比。

質(zhì)子交換膜工作時(shí)對(duì)溫度和含水量要求很高，工作溫度為70~90℃，超過此溫度會(huì)使其含水量急劇降低，導(dǎo)電性迅速下降，甚至損壞質(zhì)子交換膜。溫度過低氫氣活動(dòng)性變差，發(fā)電效率低。所以燃料電池也要通過復(fù)雜的溫度和濕度控制循環(huán)系統(tǒng)以保證電池堆棧的壽命和效率。

那有朋友就會(huì)問了，質(zhì)子交換膜就沒有國產(chǎn)的嗎？還真有，東岳集團(tuán)唯一一家通過AFCC技術(shù)鑒定的中國企業(yè)，其質(zhì)子交換膜年產(chǎn)能滿足2.5萬輛燃料電池汽車所需。

(2)鉑催化劑電極：

鉑是一種貴重金屬，俗稱白金，它的化學(xué)符號(hào)Pt。鉑有良好導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，并且有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性極強(qiáng)，催化活性高。鉑除用于珠寶飾物外，大量用于化學(xué)反應(yīng)的催化劑。

氫燃料電池使用的鉑催化劑，存在鉑產(chǎn)能的難題。從礦石中提煉鉑，大致是這樣的關(guān)系：

10噸礦石提取出1盎司鉑（約31.1克），提取時(shí)間更是超乎你的想象，6個(gè)月！

沒錯(cuò)，半年、10噸礦石才能提取出31克鉑！而提取同樣分量的黃金，只需要3周和3噸礦石。所以放眼全球，鉑的產(chǎn)量僅為黃金的三十分之一，并且全球80%的鉑產(chǎn)自南非！

根據(jù)公開資料，現(xiàn)代NEXO氫燃料電池SUV的鉑金用量是56克，技術(shù)較為先進(jìn)的本田Mirai則需要15克鉑。全球鉑的年產(chǎn)量僅為90噸。我們掐指一算就能知道，即使把全球鉑產(chǎn)量都用來造豐田Mirai氫燃料電池車，Mirai的產(chǎn)能也不過600萬輛！而2018年，中國汽車產(chǎn)銷量是2800萬輛，全世界汽車產(chǎn)銷超9000萬輛。

600萬 pk 9000萬，鉑產(chǎn)量似乎難以支撐氫燃料電池車的“未來”！

(3)氫堆的壽命和功率密度

說完氫燃料電池的成本高，再聊聊氫燃料電池壽命的話，大家要是了解到這個(gè)問題，估計(jì)會(huì)抓狂。

很多媒體說，鋰電池貴、壽命短（幾年或是幾百次循環(huán)壽命），電動(dòng)汽車換電池比買新車都貴。那么氫燃料電池堆棧的壽命是多少呢？

3000小時(shí)！

沒錯(cuò)，單位是小時(shí)！還不如美國F22戰(zhàn)斗機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命長！

目前國產(chǎn)技術(shù)的氫燃料電池壽命普遍只有3000小時(shí)（效率在40%左右），較為先進(jìn)能突破5000小時(shí)的技術(shù)還處于研發(fā)階段。

可能有的土豪朋友會(huì)說，我就喜歡氫燃料電池車的科技性，我買臺(tái)氫燃料車，我壕，氫堆壽命一到，我換個(gè)新的氫堆繼續(xù)開，成不成？

呵呵，土豪別走，把你家里的礦留下，我?guī)湍銚Q個(gè)氫堆。

氫燃料電池壽命低的根本原因是“催化劑中毒”問題。鉑催化劑中毒，跟氫氣的來源有很大關(guān)系。前邊我們說過碳?xì)淙剂现茪涫且环N成本低的大規(guī)模的工業(yè)制氫法，但這個(gè)方法難以克服氫氣純度問題，即使經(jīng)過凈化，其中仍然存在0.2%的一氧化碳（CO），如此微量的一氧化碳會(huì)在鉑催化劑電極上積聚，逐步減緩燃料電池的反應(yīng)，最終使燃料電池失效。

除了使用壽命，氫堆還有很多技術(shù)參數(shù)：功率、效率、功率密度、冷啟動(dòng)溫度、壽命、成本等等。這邊也不一一介紹了，想了解國內(nèi)氫燃料電池堆棧技術(shù)參數(shù)發(fā)展路線的請(qǐng)看上圖。

經(jīng)濟(jì)性

汽車做為交通工具，綜合經(jīng)濟(jì)性大體分為：購車、用車、養(yǎng)車、殘值這四個(gè)方面。因?yàn)檫€沒有大規(guī)模商業(yè)化，所以養(yǎng)車成本、殘值（保值率）咱們不聊，今天單獨(dú)說說購車和使用成本。

1、購車成本

燃料電池車（FCEV）的售價(jià)高是和其產(chǎn)量低有一定關(guān)系（基本處于手工打造階段），最主要還是其他系統(tǒng)復(fù)雜，燃料電池系統(tǒng)成本高，導(dǎo)致售價(jià)較高。豐田mirai在美售價(jià)5.7W美元（合約38萬人民幣）起，而同樣續(xù)航500km的特斯拉model3電動(dòng)車美國售價(jià)僅為3.5W美元（合約24萬人民幣）起。在國內(nèi)氫燃料電池乘用車享有國家補(bǔ)貼20W元，部分地區(qū)還有地方補(bǔ)貼10萬元。但國內(nèi)的氫燃料電池苦于各種技術(shù)難點(diǎn)，即使面對(duì)高額的補(bǔ)貼，鮮有企業(yè)涉足。就更談不上性價(jià)比了。

國內(nèi)消費(fèi)者能買到的最像家用車的氫燃料電池車是上汽大通的FV80，但也僅僅是像而已，因?yàn)檫@款車屬于車長超過6米的大型客車，需持A1駕照才能駕駛。

2、使用成本

燃油車加油，電動(dòng)車充電，氫燃料車當(dāng)然是加氫了！

燃油小轎車加油成本約為0.5元/公里，純電小轎車使用家庭充電樁成本僅為0.1元/公里。而氫燃料電池車一公里需要多少錢的氫氣呢？這個(gè)答案非常的扣人心弦，我可以很明確的告訴大家——肯定大于0.1元/公里，并且和汽油車的費(fèi)用相當(dāng)。

日本加氫站的氫氣售價(jià)為1000日元/kg（約合人民幣52元）。我國首座加氫站在武漢，其號(hào)稱國內(nèi)目前最大的加氫站，加氫也在50元/kg。1kg氫氣可以驅(qū)動(dòng)轎車行駛約100km，合約每公里的費(fèi)用即為0.5元。

各位看出來了吧，氫燃料車的燃料成本是和汽油車一樣的！

當(dāng)然，在可見的未來，氫燃料電池車的使用燃料成本應(yīng)該會(huì)低于汽油車。其一是氫氣大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)、燃料電池效率提升。其二呢，是因?yàn)槠陀蛢r(jià)格必然會(huì)保持整體上漲！

坑不坑。。。

氫燃料電池車想走近家庭，從經(jīng)濟(jì)性角度還是比較困難的。即使考慮到10年內(nèi)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，氫燃料車進(jìn)入家庭也是比較難的。畢竟家庭日常通勤需求內(nèi)，續(xù)航500km以內(nèi)的乘用車依舊會(huì)以電動(dòng)車為主導(dǎo)，超過500km續(xù)航以上的，或因需要大量的鋰電池成本，燃料電池車才會(huì)有明顯的優(yōu)勢(shì)。

▊第三部分，氫燃料電池車發(fā)展前景

聊過氫燃料電池車技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性的分析，大家對(duì)氫燃料電池車現(xiàn)狀了解個(gè)八九不離十了?？傊?，氫燃料車在國內(nèi)還處于“嬰兒”階段。2017年國內(nèi)累計(jì)運(yùn)行在1千輛左右，加氫設(shè)施12座，2018年公告車型80款 ，年產(chǎn)超1500輛?？梢哉f2017年是燃料電池車商用化的元年。比純電汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)化進(jìn)程晚了約10年。

針對(duì)國內(nèi)的出行與能源需求，國家制定了堅(jiān)持“節(jié)約優(yōu)先、立足國內(nèi)、多元發(fā)展、保護(hù)環(huán)境、科技創(chuàng)新、深化改革、國際合作、改善民生”的能源發(fā)展方針。

從燃料電池車（FCEV）的特點(diǎn)和目前國內(nèi)汽車市場(chǎng)現(xiàn)狀上看，燃料電池車在乘用車市場(chǎng)是很難比肩純電動(dòng)車的。但在純電動(dòng)車適應(yīng)不佳工況，比如高寒、重載、持續(xù)行駛，這就是燃料電池車應(yīng)該重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。你看某電動(dòng)車為了去“燃油車能去的地方”居然被爆出百公里消耗40L柴油的新聞。如果換成氫燃料電池車，每次加氫只需要幾分鐘，并且燃料電池內(nèi)部的工作溫度就是70~90℃，這個(gè)是不是和內(nèi)燃機(jī)工作溫度很相近了?。±碚撋先∨皇鞘裁磫栴}了吧！

再例如貨車這類重載車，如果使用純電動(dòng)力，不光充電速度慢續(xù)航短，就自身的電池重量就夠負(fù)擔(dān)了，再載滿貨，估計(jì)不是在充電就是在開往充電站的路上。此類重載車輛若使用氫燃料電池，成本上雖然比柴油機(jī)要高，但是對(duì)環(huán)保貢獻(xiàn)是非常大的，氫氣能量密度高、加氫速度快的優(yōu)點(diǎn)也能體現(xiàn)出來。

純內(nèi)燃機(jī)車若是被新能源取代，那么純電車應(yīng)該是代替汽油車，氫燃料電池車是代替的柴油車。這么劃分貌似就很明顯了。

還有一種存在，比如現(xiàn)在的“理想制造ONE”和概念車“比亞迪漢”這類需求，不是追求的性價(jià)比。追求的是沒有里程憂慮或者追求強(qiáng)大性能的時(shí)候。這類車熊主任覺得可以依舊放入容量足夠大的動(dòng)力電池組，驅(qū)動(dòng)性能強(qiáng)大的電動(dòng)機(jī)，而氫燃料電池系統(tǒng)可以用來“增程發(fā)電”，實(shí)現(xiàn)充電、加氫雙能量來源。當(dāng)然電氫混合車價(jià)和“五菱宏光”完全不在同一個(gè)市場(chǎng)需要內(nèi)。

考慮到氫燃料電池系統(tǒng)的體積，國內(nèi)技術(shù)很難做到轎車內(nèi)，未來8~10年最多應(yīng)用到大型SUV或者皮卡中，最小也得是中大型轎車。或許10年后的今天，我們才會(huì)開始討論那款燃料電池車更好，更具性價(jià)比吧。而實(shí)現(xiàn)二氧化碳完全0排放最理解的預(yù)計(jì)是2050年了。