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　　導語：

　　現(xiàn)在大家所指的新能源汽車，被很多人都籠統(tǒng)地認為是蓄電池供電的電動汽車。其實并不是如此，因為新能源汽車涵蓋的領(lǐng)域是非常廣泛的，本文要介紹的氫能源汽車，它也是屬于新能源汽車范疇的。

　　雖說是新能源，但其實人們很早就開始利用這些能源了。早在1834年美國人就研發(fā)出了第一臺電動車。而燃料電池也是19世紀末英國人提出的。目前，人們希望這些新能源能夠在能源產(chǎn)業(yè)中起到更重要的作用。汽車行業(yè)也是如此，從各大車企未來車型的規(guī)劃中我們也可以看到，新能源汽車占據(jù)了很重要的位置。不過究竟是什么類型的新能源汽車“稱霸”未來世界，這還無法下結(jié)論。那么，氫能究竟有哪些優(yōu)點？氫能源汽車為何會在新能源汽車中“掉隊”？氫燃料電池未來又會如何發(fā)展？

　　一、氫能是什么？

　　氫是宇宙中所有元素中含量最豐富的元素，在自然界中主要以化合態(tài)存在，是周期表中第一號元素。

　　氫能源之所以被人們所期待，是因為氫能源符合人們對于新能源的需求。首先，氫具有除去核燃料外最高的燃燒熱值，為142351KJ/kg，為汽油的三倍；其次，氫的燃燒性能好，與空氣混合時有寬泛的可燃范圍，而且氫的燃燒速度也很快；第三，氫燃燒后的產(chǎn)物是水，對環(huán)境十分友好，不會造成溫室效應；最后，氫氣的相對分子質(zhì)量很小，所以氫能源可以有效的減小燃料自重，可以減小運輸氫氣時的成本。

　　目前，人們通常不把氫氣當燃料使用，而是通過氫氧燃料電池利用氫能。氫氧燃燒電池也被稱為“氫能利用的核心”。氫氧燃料電池以氫氣作為還原劑，氧氣作為氧化劑，通過化學反應，將化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵亍Ｅc常規(guī)發(fā)電技術(shù)相比，燃料電池的發(fā)電效率更高。它不受卡諾極限的限制 ，理論能量轉(zhuǎn)換效率90%以上。在實際應用中，發(fā)電效率可達60%以上，考慮綜合能量利用，燃料電池的總效率可達80%以上。除此之外，燃料電池還具有供電穩(wěn)定、模塊性好（電池并聯(lián)便能得到大電流；電池串聯(lián)便能得到高電壓）、結(jié)構(gòu)簡單、方便耐用等優(yōu)點。

氫氧燃料電池結(jié)構(gòu) 

　　二、氫能技術(shù)“難”在哪兒？

　　既然氫能源有這么多優(yōu)勢，但為何市面上卻少見氫能源的實際應用呢？因為，氫能源作為一種新興能源，有著一套復雜的產(chǎn)業(yè)鏈。其中的制備、儲存、運輸、加注、電堆，這五項氫能源中的關(guān)鍵技術(shù)均存在一定的難點。

　　首先是制備環(huán)節(jié)，目前的制氫方式有利用水的分解這一原理的水制氫，通過焦化、氣化煤等化石能源的化石能源制氫以及將薪柴等生物質(zhì)氣化的生物制氫。然而水制氫的規(guī)模較少，化石能源制氫會造成一定污染。只有找到合適的制氫方法，氫才能逐步發(fā)展。

　　其次是儲存環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)儲氫方法有兩種，一種方法是利用高壓鋼瓶來儲存氫氣，但鋼瓶儲存氫氣的容積小，而且還有爆炸的危險；另一種方法是儲存液態(tài)氫，但液體儲存箱非常龐大，需要極好的絕熱裝置來隔熱。在近些年，一種新型簡便的儲氫方法應運而生，即利用儲氫合金來儲存氫氣。 這些會“吸收”氫氣的金屬，稱為儲氫合金。其儲氫能力很強。然而目前這一技術(shù)不夠完善，人們依舊沒有找到最合適的儲氫金屬，而且儲存在金屬中的氫只有加熱才能釋放出來，而加熱需要一定時間，這或許會影響之后環(huán)節(jié)的正常運轉(zhuǎn)。

　　氫的運輸、加注環(huán)節(jié)與其他能源相似，可以用車船運輸儲存好的氫氣，也可以利用管道直接運輸氫氣或液化氫，加注氫氣和加油、加氣的步驟基本相同。但是氫的運輸和加注需要注意安全性問題。氫氣作為一種易燃易爆氣體，很容易引發(fā)爆炸。2019年6月，挪威的加氫站就發(fā)生過爆炸，將四周夷為平地。因此，保證加氫站的安全是產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一件事。

　　電堆即電池組。因為燃料電池已經(jīng)成為氫能利用的核心，所以，不斷提升電池的性能對于氫能利用是很重要的。目前，PtCo化合物催化劑以及質(zhì)子交換膜是電池技術(shù)中的核心。

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)

　　三、 氫能源汽車的“落伍”原因？

　　氫能在目前的主要應用就是氫能汽車，根據(jù)使用氫氣的方式不同，我們可以把氫能源汽車分為氫內(nèi)燃車和氫燃料電池車兩類。

　　氫內(nèi)燃車與傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機車相似。它將傳統(tǒng)燃油車的內(nèi)燃機進行小型改造，通過燃燒氫氣提供動力。氫作為燃料有著熱值高、燃燒性能好等特點，這也使氫內(nèi)燃機有著更優(yōu)秀的性能。然而，氫內(nèi)燃汽車的發(fā)動機容易發(fā)生早燃（混合氣在火花塞點火之前，混合氣已被燃燒室內(nèi)的熾熱點點燃而提前燃燒）現(xiàn)象，而內(nèi)燃機內(nèi)部的高溫也會使氧氣與空氣中的氮氣反應，生成氮氧化合物，污染環(huán)境。因此，氫內(nèi)燃車被淘汰，沒有完成量產(chǎn)。

　　另一種是氫燃料電池車，這種氫動力車里程長，因為使用電池，也不會有氫內(nèi)燃機那樣的環(huán)境問題。然而，發(fā)展氫燃料電池車卻遇到了不少困難。

　　首先是電池成本很高。前文提到的PtCo化合物催化劑以及質(zhì)子交換膜，制造它們需要復雜的工藝以及高昂的費用。只有少數(shù)公司完全掌握制造它們的工藝，這提高了制造氫燃料電池車的成本。以豐田Mirai為例，盡管豐田已經(jīng)降低了鉑的使用，但目前其售價依然高達55萬人民幣。

　　其次，是能源效率問題。相比電動汽車，氫能汽車的效率要更低。曾有業(yè)內(nèi)專家計算，電動汽車一旦開始啟動，車輛充電位置的電能供應將損失約5％，電池的充電和放電會損失另外10％，最后，電動機損失了5％。計算下來的總損失為20％。而氫能汽車是將充電裝置集成在車內(nèi)，最終的驅(qū)動方式與純電動車一致，都是通過電機驅(qū)動。根據(jù)相關(guān)測試顯示，如果用100度電制氫，然后存儲、運輸，加入汽車，再轉(zhuǎn)為電能，驅(qū)動電機，其電能的利用率只有38%。如果從氫注入汽車開始計算，利用率也只有57%。不論怎么計算，其效率都遠低于電動汽車。

　　最后是加氫的配套設施還不完善。以中國為例，截至2021年1月，全國充電基礎設施累計數(shù)量為171.6萬臺，公共充電樁數(shù)量達到810903臺。反觀加氫站，截至2020年底，中國只建有加氫站104座。這無疑大大限制了氫能汽車的普及。

　　圖源： https://new.qq.com/rain/a/20210111A067OB00

　　盡管氫燃料電池車與傳統(tǒng)汽車相比均具有一定優(yōu)勢，但它目前存在較明顯的問題。這些問題阻礙著氫燃料電池車的發(fā)展。于是，氫能車在眾多新能源車中“掉隊”了。

　　三、氫能源的未來

　　雖然氫能整條產(chǎn)業(yè)鏈上仍存在不少問題和難點，氫能源汽車的發(fā)展也遇到了重重困難。但因為氫能源具有成為未來能源的潛力，所以各個國家越來越重視氫能源的發(fā)展。

　　各國發(fā)展氫能源的戰(zhàn)略

　　氫能產(chǎn)業(yè)已成為美國、德國、日本等發(fā)達國家的戰(zhàn)略選擇，日本提出“將成為全球第一個實現(xiàn)氫能社會的國家”。在我國，氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè) 被《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030）》列為15項能源技術(shù)革命重點任務之一，2019年首次被寫入《政府工作報告》，有著國家在戰(zhàn)略上的支持，氫能源未來的發(fā)展是光明的。

　　氫能源在未來所占比重 來源：世界氫能委員會《麥肯錫發(fā)布研究報告，2017年》

　　在國家的支持下，氫能產(chǎn)業(yè)化正在快速增長，預計2050年全球氫能在終端能源的消費比例將達到18%，成為將熱、電、氣等能源網(wǎng)絡有機聯(lián)系起來的重要能源。氫能源將成為未來全球能源的重要支柱。隨著氫能源技術(shù)的發(fā)展、成熟，氫能源汽車也會發(fā)展，突破技術(shù)上的瓶頸，跟上新能源汽車的發(fā)展，并逐漸成為未來汽車行業(yè)的支柱。