氢燃料电池汽车发展前景 氢燃料电池才是新能源汽车未来

导读目前国内纯电动车已经发展到了第四阶段，预计在2025年纯电动车达到第五阶段，那时的纯电动汽车综合性价比将会超过燃油车，达到纯电动车“大发展”的时代。每当我们....

目前国内纯电动车已经发展到了第四阶段，预计在2025年纯电动车达到第五阶段，那时的纯电动汽车综合性价比将会超过燃油车，达到纯电动车“大发展”的时代。

每当我们聊到这些新能源话题时，都会谈论电动车、混合动力车、燃油车这三者谁更经济更环保。也总会有网友的评论就好像弹幕一样在我脑海中浮现“电动车都是骗人的”、“混动车省油不省钱”、“燃油车终将被淘汰！”。

最近我还看到这样一句评论“氢燃料电池车才是未来！”

没错，燃料电池车也是国家推广的新能源路线之一，那么氢燃料电池车能否完全取代电动车、燃油车成为真正意义上的未来呢？今天熊主任从氢燃料电池车的原理、氢燃料电池车可行性经济性、未来发展前景三大方面来分析。

第一部分，燃料电池车（FCEV）的工作原理。

1，氢燃料电池反应堆栈工作原理：

说到氢燃料，想必大家都能联想到火箭推进器的一种燃料类型——液态氢液态氧。我在儿时佳片有约看过的电影《火星任务》中有个片段，就是飞行器遭遇微流体星，燃料泄露，点火爆炸导致飞行器损坏的大场面。还有就是6天冲破20亿，被誉为中国科幻电影的里程碑——《流浪地球》，氢气是贯穿整部电影的核心线索，开场对白就有“氢气是什么”。

之所以用氢做燃料，一方面是氧化反应后只产生没有污染的水（化学方程式2H₂ O₂=2H₂O）。另一方面就是氢气的能量密度极高，氢气的能量密度最高可达到143MJ/Kg，是汽油的3.25倍，是三元锂电池的130倍。这么说可能不是很好理解，我们就简单拿氢燃料电池、汽油、纯电动轿车对比：

氢燃料电池车加注1kg氢气，大约可以行驶100km；燃油车加注1kg汽油大约可以行驶20km；纯电动车1kg电池单体储存的电量仅能行驶1~2km！

备注：燃油紧凑轿车百公里7L油耗计算、紧凑纯电动车汽车百公里能耗15kWh，电池单体密度150~300Wh/kg计算

我在和朋友们聊天时了解到，一部分人会认为氢燃料电池车是以氢气燃烧产生动力驱动车辆行驶的，其实不然，氢燃料电池是一种通过氢气与氧气的化学反应从而产生电能的装置，是一种利用化学能发电的装置。（当然也会存在纯粹靠燃烧氢气产生动力的车辆，那种就不是氢燃料电池了，可以定义为“氢内燃机”，这类不在此次讨论范围。）

如上图所示，氢燃料电池中，“质子交换膜”两侧的铂催化剂层将氢分子和氧分子分别分解为带电离子状态。因为氢分子体积非常小，携带电子的氢可以透过质子交换膜的微孔游离到对面去，但带电子的氢质子在穿过“质子交换膜”孔洞的过程中，电子被剥离，只有带正电的氢质子达到了薄膜的另一端。而电子只能通过“导线”在两块极板之间移动，电荷的移动就是产生了电流。随后2个氢离子和1个氧离子结合成为水，这就是氢燃料电池车唯一的排放物——水（H₂O）。

当然只靠一片质子交换膜产生的电能是非常有限，例如丰田首款量产氢燃料电池车Mirai其氢燃料电池模组可输出114kW的发电功率，它就是由370片薄片燃料电池叠堆组成的，因此被称为“氢燃料电池堆栈”。

2，氢燃料电池车工作原理和结构：

上为氢燃料电池车的工作原理图和结构图。加氢站加注氢气到高压储氢罐=>>燃料电池反应堆栈利用氢气和空气中的氧气反应发电=>>通过升压转换器提升电压给动力控制单元=>>驱动电动机转动牵引车辆。其中还是有一个储能电池，它是可以储存燃料电池产生的多余的电能，也可以在燃料电池输出不能满足电机动力需求时提供稳定的电力，相当于缓冲/稳定电能的作用。当然也可以用来能量回收，在刹车的过程中将动能转换成电能储存到电池里。

3，对比内燃机增程式电动车、纯电车，氢燃料电池车的优点：

通过了解氢燃料电池车的结构图，大家应该会联想到，氢燃料电池车的结构是和增程式电动车有点类似的！没错，它们都有电池、电机、电控这3大件。不同之处是增程式电动车增程器是使用燃油内燃机，依旧会排放尾气。而氢燃料电池车发电装置是使用的清洁能源，只会产生没有污染的水。

同样“零排放”的纯电动车和氢燃料电池车对比，最大的区别是，后者只需要加氢3分钟即可获得500km以上的续航。而纯电动车的充电速度。。。呃~怎么说呢~充电1小时都鲜有达到500km的，并且很多电动车综合续航还无法达到500km。未来5~10年，纯电动车或将达到350kw的充电速度，换算到3分钟大概可以充100km。

氢燃料电池车如此完美的拥有了0污染、氢气加注速度快的优点，这是燃油车和纯电动车望尘莫及的。貌似这2点就足以支撑“氢燃料电池车才是未来”的理论！你们看，丰田首款量产氢燃料电池车Mirai的命名，Mirai即为“未来”的意思。

第二部分，氢燃料电池车可行性和经济性

看了第一部分原理分析和优点，什么各种完美，又什么未来的，是不是感觉熊主任把燃料电池车（FCEV）吹上天了啊？那么第二部分还是着手实际谈一下氢燃料电池车的技术可行性和经济性。

1，技术可行性：

在国内氢燃料电池研发相对日韩是比较滞后的，主要原因是研发起步晚，致使氢燃料电池车整个体系，从制氢、储氢、燃料电池堆等技术上都没有足够产业支持。

（1）氢气的来源的技术难点

国内主流的制氢方法有：

① 电解水制氢法：技术成熟、过程简单，但是成本较高、耗电巨大；

② 甲醇裂解制氢法：甲醇(CH