鉅大LARGE | 點擊量：3350次 | 2019年04月29日
什么是氫燃料電池?什么是FCEV?
新能源汽車發(fā)展到今天，由于鋰電池技術(shù)遭遇瓶頸，所以在續(xù)航里程、充電時間、使用壽命方面遲遲沒有得到更大的突破。但科技并非僅有一條發(fā)展路徑，作為具有更高能量密度的氫燃料電池，也許將成為未來真正可以依賴的新能源技術(shù)。
盡管特斯拉創(chuàng)始人馬斯克曾嘲笑豐田的企業(yè)戰(zhàn)略是“不可思議的愚蠢(incrediblydumb)”，但是其在氫燃料電池技術(shù)上已進行了長達二十年堅持不懈的研發(fā)和投資，使得豐田在這項技術(shù)方面取得了巨大的成就，克服了數(shù)量龐大的技術(shù)難題，拿出了豐田Mirai這一款量產(chǎn)氫燃料電池車。那么，如何看待氫燃料電池技術(shù)?如何看待豐田這場豪賭式的技術(shù)研發(fā)?看本文為您詳細解讀。
什么是氫燃料電池?什么是FCEV?
氫燃料電池并不是像內(nèi)燃機那樣“燃燒”氫氣，而是將氫氣和氧氣分別置于陽極和陰極兩端，氫質(zhì)子穿透質(zhì)子交換膜(PEM)的孔洞與氧分子結(jié)合，在催化劑的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而被阻隔在膜外的電子需要繞道電極板兩端，在此過程中不經(jīng)過熱能轉(zhuǎn)換直接產(chǎn)生了電流，轉(zhuǎn)化效率高，無噪音，并生成最終唯一的反應(yīng)產(chǎn)物--水。
FCEV(FuelCellElectricVehicle)，即燃料電池電動車的簡稱。雖然早在1893年就提出了氫燃料電池的原理，可是直到1994年奔馳才拿出了世界上第一款氫燃料電池車NECARI，直到2015年，我們才等來了世界上第一款氫燃料電池量產(chǎn)車豐田Mirai。不過值得欣慰的是，本田、日產(chǎn)、寶馬、福特、現(xiàn)代、通用等汽車巨頭，都已默默開始了FCEV的技術(shù)研發(fā)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
氫燃料電池在技術(shù)上有哪些優(yōu)、劣勢?
目前鋰電池的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了瓶頸，石墨烯電池技術(shù)也遲遲未能突破，而另一方面氫燃料電池汽車卻具備許多令人稱羨的優(yōu)點:氫能來源非常豐富(石油、天然氣、煤、水、沼氣……)、零排放(僅限使用環(huán)節(jié))、低溫性能好、能量密度大、續(xù)航時間長、加氫時間短(3分鐘)等。
從人類社會使用能源角度來看，氫燃料電池技術(shù)還有著更豐富的應(yīng)用價值和意義，比如航天情境中僅排放水的能源更加便于利用，還可更高效地利用劣質(zhì)能源如褐煤、沼氣等，利用輸出不穩(wěn)定的風電等就近制氫，還可以小型化之后成為特種特種裝備或供給家庭、野外緊急用電等，成為可靠的“發(fā)電機”等等。
當然，現(xiàn)階段氫燃料電池的大規(guī)模普及仍然有巨大的技術(shù)鴻溝需要跨越，比如說氫氣站的建設(shè)、氫氣的制備和運輸都需要大量的耗能，尤其是高能儲氫材料都還在探索之中，在安全性方面也飽受質(zhì)疑，氫燃料電池反應(yīng)堆中質(zhì)子交換膜的耐溫度范圍也存在待解決的問題，在技術(shù)難度上需要革命性的研究成果。
目前亟待解決的難題，就是電池反應(yīng)堆中的催化劑必須是貴金屬--鉑(沒有替代材料)，對氫的純度要求極高(99.99%)，一旦與空氣中的一氧化碳、二氧化硫等接觸，就會“中毒”，催化效果就會大大降低，對于國內(nèi)糟糕的空氣質(zhì)量，只有帶上壓縮純氧才能上路。雖然豐田對其進行了電鍍處理，降低了90%的鉑使用量，但一輛車仍至少需要15克鉑才能運行，成本也是居高不下。
豐田Mirai是一輛怎么樣的氫燃料電池汽車?
豐田Mirai搭載的氫燃料電池發(fā)電功率為114千瓦(英制馬力約152匹)，體積功率密度為3.1千瓦/升，而在儲能的安全性上，采用了能夠承受70兆帕壓力的儲氣罐，用碳纖維+凱夫拉(防彈衣面料)強化其抗撞擊能力，經(jīng)測試可以抵御輕型武器的子彈攻擊。其充電時間為3-5分鐘，兩個儲氣罐全部加滿后JC08模式(日本的油耗測試標準)續(xù)航里程可達650公里，實際續(xù)航里程也可輕松達到550公里。而Mirai在日本最終補貼完之后，實際售價僅為人民幣26萬元，加氫價格僅為58.4元/公斤。
從豐田Mirai的性能角度來看，最大功率152馬力，最大扭矩335?！っ?，0-96公里/小時加速為9秒，并不是特別突出，尤其是與特斯拉這樣的性能怪獸相比，但是考慮到更優(yōu)秀的續(xù)航和充能時間，想必會有不少人愿意舍棄性能指標來考慮Mirai。
豐田設(shè)置的技術(shù)壁壘以及背后的戰(zhàn)略訴求
豐田從上世紀90年代開始，截止到2017年5月，包括量產(chǎn)車和四代概念車在內(nèi)，已經(jīng)在氫燃料電池技術(shù)上申請了15867個專利，涵蓋了燃料電池堆專利、高壓儲氫罐專利、燃料電池系統(tǒng)控制專利以及加氫站技術(shù)等，建立了氫燃料電池方面獨一無二的技術(shù)壁壘，成為氫燃料電池汽車領(lǐng)域的巨人。最為難得的是，豐田通過嚴格的成本管理控制，將一臺成本堪稱天價的概念車，做到了量產(chǎn)價只需要不到人民幣40萬(補貼前)，這對于其它廠家來說在技術(shù)上完全領(lǐng)先了不止一代。
對于能源較為匱乏的日本來說，氫燃料電池無異于新世紀的“國家戰(zhàn)略”，在2020年東京奧運會時日本政府將提供100輛氫燃料電池大巴，在長期規(guī)劃中2030年全日本要興建累計1000座以上加氫站。當然，豐田在氫燃料電池上的全情投入，一方面是對未來汽車技術(shù)的布局，另一方面也是對國家戰(zhàn)略的呼應(yīng)。
雖然在十幾年前，前美國總統(tǒng)小布什曾聯(lián)合前歐盟委員會主席普羅迪簽發(fā)了氫燃料電池的巨額研發(fā)經(jīng)費，但是能二十年如一日地堅持下來投入研發(fā)的僅有豐田一家。日本島國資源稀缺，把能源目標放在氫燃料電池上，有其合理的訴求，而豐田則沒有放棄自己的專長去跟風做純電動車。事實上，豐田在三年前就宣布了要無償公開5680多項專利，目前也積極地與寶馬展開合作，也在與中國政府洽談產(chǎn)業(yè)意向，這些都是在其深感緊靠豐田一家“單打獨斗”難以取得更大突破，對相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢的情況下所體現(xiàn)出來的權(quán)宜之計。畢竟，氫燃料電池技術(shù)豐田啃了二十年，正發(fā)揮著領(lǐng)頭羊的作用，自然想在傳統(tǒng)純電動車的基礎(chǔ)上開辟第二戰(zhàn)場。
氫燃料電池技術(shù)與鋰電池技術(shù)何去何從?
鋰電池技術(shù)在當前的新能源車型中占據(jù)了主流態(tài)勢，這其中特斯拉、蔚來汽車們最具備代表性，那就是鋰電池技術(shù)以及相關(guān)的輪轂電機驅(qū)動技術(shù)等等，并不具備太大的專利壁壘，尤其是在電池成本開始規(guī)?；蠓档偷慕裉?，許多廠商可以像智能手機產(chǎn)業(yè)一樣直接享受到上游成熟產(chǎn)業(yè)所帶來的優(yōu)勢，迅速地開創(chuàng)新能源汽車品牌。哪怕是手機電池還是都得一天一充，還是很容易就可以從圖紙變成量產(chǎn)銷售的實車。而選擇氫燃料電池技術(shù)路線的車企車企屈指可數(shù)，除了豐田之外，只有寶馬(Hydrogen7)、現(xiàn)代(NEXO)、本田(CLARITY)等少數(shù)幾家。
另外，國內(nèi)各級政府為了大力推廣新能源車提出了許多優(yōu)惠項目，尤其是國網(wǎng)大力建設(shè)充電樁，這必然會為鋰電池汽車提供了良好生存的土壤。相對比起來加氫站目前國內(nèi)僅有可憐的7座，它們之間的推廣難度差異不是一星半點。
話說回來，國家“十三五”發(fā)展規(guī)劃中將燃料電池車應(yīng)用發(fā)展指定到了不久之后的2030年，但是僅2017年氫燃料電池投資項目就達1000多億，產(chǎn)能為17萬套氫燃料電池發(fā)動機，出現(xiàn)了大批公司跟進的投資熱潮。豐田這種典型的日本企業(yè)賭博式押寶某一科技，意圖搶占未來技術(shù)發(fā)展先機，期望能夠形成技術(shù)壟斷和壁壘，這也是豐田的野心所在。只不過，在基礎(chǔ)設(shè)施需政府扶持和推進，研發(fā)進度緩慢的情況下，豐田未來的路其實還是漫長而艱難。
小結(jié):什么是“大勢所趨”?化石能源被清潔、環(huán)保、高效的新能源取代，就是本世紀幾乎不可逆轉(zhuǎn)的趨勢之一。氫燃料電池技術(shù)在使用上有著許多天然的優(yōu)勢，如能量密度高、充能快、零排放等，而且在能源革命的大趨勢面前，還有更多的說服力。任何新技術(shù)由發(fā)展到成熟都需要大量的社會前期投入，雖然最終與鋰電池方案相比“鹿死誰手”仍未可知，但是氫燃料電池一旦能夠克服儲能、運輸、催化等難題，那么帶來的交通革命甚至是能源革命將是顛覆性的。
