近日，在東京車展上本田發(fā)布了氫燃料電池車Clarity，奔馳汽車發(fā)布了一款氫燃料電池概念車Vision Tokyo，此外，寶馬i5可能將推出氫燃料電池版車型。而此前也有消息指出寶馬正在與豐田合作發(fā)展氫燃料電池技術(shù)，寶馬i5未來可能會(huì)參考豐田Mirai氫燃料電池車的相關(guān)技術(shù)。這些消息讓氫燃料電池車又火了一把。氫氣容易獲取、沒有污染、零排放，似乎取代石油指日可待。
本田從上世紀(jì)80年代末開始?xì)淙剂想姵?，氫燃料電池對于現(xiàn)在來說早已不是什么新技術(shù)了，看著人家的氫燃料電池技術(shù)都火遍全球又引領(lǐng)新方向了，而中國車企為什么只是看看就是不吭聲呢？
中國整車企業(yè)在氫燃料電池汽車方面開展實(shí)質(zhì)性研發(fā)的，目前只有財(cái)力和實(shí)力都很雄厚的上汽集團(tuán)。在2015年4月上海車展上，上汽亮相了第四代榮威950插電式燃料電池車，可實(shí)現(xiàn)400多公里的續(xù)航里程。大半年過去了，榮威950插電式燃料電池車好像是銷聲匿跡了，不知道插電式燃料電池車的最新進(jìn)展。
為什么電動(dòng)汽車目前在中國這么熱？而氫燃料電池車卻好像被打入冷宮？
可能有這幾個(gè)原因：一是沒有幾家中國車企研究過氫燃料電池車，沒有技術(shù)積累，也沒有成熟的產(chǎn)品推出來；二是加氫站的建設(shè)比充電站的建設(shè)門檻和成本更高，安全要求也更高，再加上本來就沒有需求，所以國內(nèi)也就沒幾座加氫站。更為關(guān)鍵的是，在未來汽車的技術(shù)路線選擇戰(zhàn)略上，中國車企和政府主管部門似乎都選擇了電動(dòng)汽車。
Part 1
就算基礎(chǔ)設(shè)施齊全，你會(huì)買嗎？
企業(yè)的任何行為都是趨利避害，氫燃料電池的研發(fā)制造成本比鋰電池的成本更高，導(dǎo)致，氫燃料電池車必然比電動(dòng)汽車的售價(jià)更高，各大汽車制造企業(yè)都必須要考慮的是，氫燃料電池汽車造出來誰會(huì)買單？
參考現(xiàn)在的電動(dòng)汽車市場，且不論電動(dòng)汽車的售價(jià)到底有多大水分，但是毫無疑問的，同一款車型的電動(dòng)版相比燃油版的售價(jià)高出一大截，有的車型甚至翻倍。然而，對于很多經(jīng)濟(jì)型電動(dòng)汽車的消費(fèi)者來說，買電動(dòng)汽車是迫于無奈的選擇——要么是搖不到燃油車的號，要么是想省下價(jià)格不菲的牌照費(fèi)。
再看看特斯拉剛剛公布的2015財(cái)年第三季度財(cái)報(bào)，第三季度Model S單一車型銷量11580輛，凈虧損為2.30億美元（特斯拉2014年全年銷售3.5萬輛，全年虧損2.94億美元）。售價(jià)近百萬元的特斯拉電動(dòng)汽車，生存狀況尚且是賠錢賺吆喝，這讓普通電動(dòng)汽車如何安好？只有等到更多消費(fèi)者從觀念上真正的轉(zhuǎn)變，接受電動(dòng)汽車，特斯拉形成更大的規(guī)模效應(yīng)才能有盈利的可能。曾有行業(yè)專家預(yù)測，電動(dòng)汽車要盈利需要等到2020年，而氫燃料電池汽車的市場就更可以想象了。
Part 2
前車之鑒 歷史教訓(xùn)
盡管氫燃料電池汽車的成本在最近幾年已經(jīng)下降了很多，但是售價(jià)仍然很高，這是它的硬傷，參考已經(jīng)上市銷售的豐田Mirai在美國售價(jià)約為36.5萬人民幣。
在看看普銳斯的例子。在美國和日本市場都是銷量第一的混合動(dòng)力汽車普銳斯（沒有國家補(bǔ)貼，沒有免費(fèi)滬牌）在中國的銷量幾乎可以忽略不計(jì)，這其中的原因無非就是價(jià)格。相比購買有補(bǔ)貼有免費(fèi)滬牌的插電混動(dòng)車，或者是普通汽油車，這省下的錢拿去加油，恐怕加到車報(bào)廢都花不完，誰還在乎日系混動(dòng)車省下的那些油錢。
所以，氫燃料電池汽車在現(xiàn)階段一旦推出很有可能重蹈普銳斯的覆轍。中國消費(fèi)者選車最重要的要素是：品牌、價(jià)格、配置、空間，自掏腰包為新科技，地球偉大環(huán)保夢而買單的境界還實(shí)在是太遙遠(yuǎn)。
Part 3
燃料電池結(jié)構(gòu)分析
燃料電池涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。
總的來說，燃料電池具有以下特點(diǎn)：
能量轉(zhuǎn)化效率高：它直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。
安裝地點(diǎn)靈活：燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電站，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適。
負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高：燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率。
由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因此，它沒有像通常的火力發(fā)電機(jī)那樣通過鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量形態(tài)變化，可以避免中間的轉(zhuǎn)換的損失，達(dá)到很高的發(fā)電效率。
不管是滿負(fù)荷還是部分負(fù)荷均能保持高發(fā)電效率；
不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率；
具有很強(qiáng)的過負(fù)載能力；
通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛；
發(fā)電出力由電池堆的出力和組數(shù)決定，機(jī)組的容量的自由度大；
電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好，用于電網(wǎng)調(diào)峰優(yōu)于其他發(fā)電方式；
用天然氣和煤氣等為燃料時(shí)，NOX及SOX等排出量少，環(huán)境相容性優(yōu)。如此由燃料電池構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)對電力工業(yè)具有極大的吸引力。燃料電池的優(yōu)勢，科技手段中，尚沒有一項(xiàng)能源生成技術(shù)能如燃料電池一樣將諸多優(yōu)點(diǎn)集合于一身。
能源安全性。自1970年代的石油危機(jī)后，各大工業(yè)國對石油的依賴仍有增無減，而且主要靠石油輸出國的供應(yīng)。美國載客車輛每日可消耗約600萬桶油，占油料進(jìn)口量之85%。若有20%的車輛采用燃料電池來驅(qū)動(dòng)，每日便可省下120萬桶油。
國防安全性。燃料電池發(fā)電設(shè)備具有散布性的特質(zhì)，它可讓地區(qū)擺脫中央發(fā)電站式的電力輸配架構(gòu)。長距離、高電壓的輸電網(wǎng)絡(luò)易成為軍事行動(dòng)的攻擊目標(biāo)。燃料電池設(shè)備可采集中也可采分散性配置，進(jìn)而降低了敵人欲癱瘓國家供電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。
高可靠度供電。燃料電池可架構(gòu)于輸配電網(wǎng)絡(luò)之上作為備援電力，也可獨(dú)立于電力網(wǎng)之外。在特殊的場合下，模塊化的設(shè)置(串聯(lián)安裝幾個(gè)完全相同的電池組系統(tǒng)以達(dá)到所需的電力)可提供極高的穩(wěn)定性。
燃料多樣性。現(xiàn)代種類繁多的電池中，雖然仍以氫氣為主要燃料，但配備「燃料轉(zhuǎn)化器(或譯重組器，fuel reformer)」的電池系統(tǒng)可以從碳?xì)浠衔锘虼碱惾剂现休腿〕鰵湓貋砝?。此外如垃圾掩埋場、廢水處理場中厭氧微生物分解產(chǎn)生的沼氣也是燃料的一大來源。利用自然界的太陽能及風(fēng)力等可再生能源提供的電力，可用來將水電解產(chǎn)生氫氣，再供給至燃料電池，如此亦可將「水」看成是未經(jīng)轉(zhuǎn)化的燃料，實(shí)現(xiàn)完全零排放的能源系統(tǒng)。只要不停地供給燃料給電池，它就可不斷地產(chǎn)生電力。
高效能。由于燃料電池的原理系經(jīng)由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，而非產(chǎn)生大量廢氣與廢熱的燃燒作用，現(xiàn)今利用碳?xì)淙剂系陌l(fā)電系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)40~50%；直接使用氫氣的系統(tǒng)效率更可超過50%；發(fā)電設(shè)施若與燃?xì)鉁u輪機(jī)并用，則整體效率可超過60%；若再將電池排放的廢熱加以回收利用，則燃料能量的利用率可超過85%。用于車輛的燃料電池其能量轉(zhuǎn)換率約為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的3倍以上，內(nèi)燃引擎的熱效率約在10~20%之譜。
環(huán)境親和性。科學(xué)家們已認(rèn)定空氣污染是造成心血管疾病、氣喘及癌癥的元兇之一。最近的健康研究顯示，市區(qū)污染性的空氣對健康的威脅如同吸入二手煙。燃料電池運(yùn)用能源的方式大幅優(yōu)于燃油動(dòng)力機(jī)排放大量危害性廢氣的方案，其排放物大部份是水份。某些燃料電池雖亦排放二氧化碳，但其含量遠(yuǎn)低于汽油之排放量(約其1/6)。
燃料電池發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生1000仟瓦-小時(shí)的電能，排放之污染性氣體少于1盎斯；而傳統(tǒng)燃油發(fā)電機(jī)則會(huì)產(chǎn)生25磅重的污染物。因此，燃料電池不僅可改善空氣污染的情況，甚可能許給人類未來一片潔凈的天空。
可彈性設(shè)置/用途廣。燃料電池的迷人之處在于其多樣風(fēng)貌。除了前述的集中分散兩相宜的特點(diǎn)外，它還具有縮放性。利用黃光微影技術(shù)可制作微型化的燃料電池；利用模塊式堆棧配置可將供電量放大至所欲的輸出功率。單一發(fā)電元所產(chǎn)生的電壓約為0.7伏特，剛好能點(diǎn)亮一只燈。將發(fā)電元予以串接，便構(gòu)成燃料電池組，其電壓則增加為0.7伏特乘以串聯(lián)的發(fā)電元個(gè)數(shù)。
燃料電池的劣勢主要是價(jià)格和技術(shù)上存在一些瓶頸，摘列如下：
燃料電池造價(jià)偏高：車用PEMFC之成本中質(zhì)子交換隔膜(USD300/m2)約占成本之35%;鉑觸媒約占40%，二者均為貴重材料。
反應(yīng)/啟動(dòng)性能：燃料電池的啟動(dòng)速度尚不及內(nèi)燃機(jī)引擎。反應(yīng)性可藉增加電極活性、提高操作溫度及反應(yīng)控制參數(shù)來達(dá)到，但提高穩(wěn)定性則必須避免副反應(yīng)的發(fā)生。反應(yīng)性與穩(wěn)定性常是魚與熊掌不可兼得。
碳?xì)淙剂蠠o法直接利用：除甲醇外，其它的碳?xì)浠衔锶剂暇杞?jīng)過轉(zhuǎn)化器、一氧化碳氧化器處理產(chǎn)生純氫氣后，方可供現(xiàn)今的燃料電池利用。這些設(shè)備亦增加燃料電池系統(tǒng)之投資額。
氫氣儲存技術(shù)：FCV的氫燃料是以壓縮氫氣為主，車體的載運(yùn)量因而受限，每次充填量僅約2.5~3.5公斤，尚不足以滿足現(xiàn)今汽車單程可跑480~650公里的續(xù)航力。以-253℃保持氫的液態(tài)氫系統(tǒng)雖已測試成功，但卻有重大的缺陷：約有1/3的電能必須用來維持槽體的低溫，使氫維持于液態(tài)，且從隙縫蒸發(fā)而流失的氫氣約為總存量的5%。
氫燃料基礎(chǔ)建設(shè)不足：氫氣在工業(yè)界雖已使用多年且具經(jīng)濟(jì)規(guī)模，但全世界充氫站僅約70站，仍值示范推廣階段。此外，加氣時(shí)間頗長，約需時(shí)5分鐘，尚跟不上工商時(shí)代的步伐。
