原創(chuàng)：2023.3.24 立氪科技新能源

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＠硐氲墓ぷ髟砼c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(shì)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(guó)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(guó)研發(fā)的熱點(diǎn)之一。

過去，我國(guó)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(guó)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(guó)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(shì)

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(shì)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)槟壳凹託湔尽淠茉窜囘€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(guó)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(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(zhǎng)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(yáng)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。