豐田燃料動(dòng)力電池車Mirai的構(gòu)造圖

假如說(shuō)現(xiàn)在的電動(dòng)汽車能像汽油車相同，在幾分鐘之內(nèi)就能充滿電的話，那可能滿大街跑的電動(dòng)汽車就會(huì)讓我們目接不暇了。但事實(shí)上，正是因?yàn)殡妱?dòng)汽車充電速度慢、續(xù)航里程較短且市區(qū)內(nèi)的充電樁并不那么方便使用的原因，我們現(xiàn)在才要在電動(dòng)汽車之外，繼續(xù)提出一個(gè)燃料動(dòng)力電池車的技術(shù)路線。

在國(guó)際上，燃料動(dòng)力電池（本文以后提及的所有燃料動(dòng)力電池，均默認(rèn)為氫燃料動(dòng)力電池）在或早或晚的時(shí)候，幾乎被那些主流汽車品牌都研究了一個(gè)遍，但是最后生下來(lái)把燃料動(dòng)力電池車量產(chǎn)并“圈地”試用的，眼下只有豐田和本田這兩個(gè)日本汽車品牌。

相比于傳統(tǒng)的燃油車（有關(guān)燃料動(dòng)力電池的工作原理在網(wǎng)上資料很多，車云菌這里就不贅述了），燃料動(dòng)力電池車最大的優(yōu)勢(shì)就是清潔、安靜和高效率（一般燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)的效率可達(dá)40%-60%），其使用氫氣（H2）作為燃料，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成電來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛，而最終生成物只有純水（只要排水管道足夠干凈，這些水都可以直接飲用）。

相比于純電池車，燃料動(dòng)力電池車也可以像傳統(tǒng)燃油車相同，在加氣站迅速加滿氫氣燃料而不要慢慢地等電池充滿；同時(shí)，只要?dú)夤薜娜莘e足夠大，耐壓標(biāo)準(zhǔn)足夠高，燃料動(dòng)力電池儲(chǔ)滿高壓氫氣一口氣跑500公里以上都不是問(wèn)題；此外，相比于電池車在達(dá)到使用年限后，在眼下還沒(méi)有找到出路的電池回收問(wèn)題，燃料動(dòng)力電池技術(shù)卻可以保證整個(gè)系統(tǒng)的回收再利用。

不過(guò)、既然燃料動(dòng)力電池有這么多的好處，那為何沒(méi)有大行其道呢？這其中一定有緣由！

1、現(xiàn)階段燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，體積較大

在燃料動(dòng)力電池中，質(zhì)子交換膜和基板是燃料動(dòng)力電池的兩個(gè)核心組成部分（這兩個(gè)零部件直接決定了燃料動(dòng)力電池的壽命），由于燃料氫氣要依靠這兩個(gè)部分來(lái)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的“電子”，這就意味著燃料動(dòng)力電池從開(kāi)始工作到順利生產(chǎn)出“電”來(lái)，中間存在一個(gè)時(shí)間遲滯（目前國(guó)產(chǎn)的燃料動(dòng)力電池，可以把這個(gè)滯后控制在10秒左右），考慮到車輛不可能在踩下油門踏板10秒鐘之后才起步，所以燃料動(dòng)力電池車必須像電動(dòng)汽車相同，搭載一塊相對(duì)小一點(diǎn)兒的儲(chǔ)能電池。

質(zhì)子交換膜

碳基復(fù)合板

這就意味著，凡是電動(dòng)汽車上必須的設(shè)備（包括給電池系統(tǒng)降溫的散熱器），燃料動(dòng)力電池車上也都必須有，這就決定了燃料動(dòng)力電池車的技術(shù)相對(duì)更加復(fù)雜。而且，由于燃料動(dòng)力電池的燃料氣罐不能像電池車的電池組那樣容易控制形狀，因此燃料動(dòng)力電池車必須給高壓氣罐設(shè)計(jì)一個(gè)適合儲(chǔ)存的安全位置（通常做法是設(shè)計(jì)在后排乘客的屁股底下）。

2、燃料動(dòng)力電池的制造成本在逐步降低，但依然很高

由于燃料動(dòng)力電池對(duì)貴重金屬（鉑金）的需求較高，且國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)燃料動(dòng)力電池兩個(gè)核心組成部分的公司很少（國(guó)內(nèi)只有山東東岳實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子交換膜的關(guān)鍵技術(shù)突破，國(guó)際上有3M和杜邦等公司可以生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)的膜產(chǎn)品），所以從國(guó)際和國(guó)內(nèi)兩個(gè)角度來(lái)講，現(xiàn)階段燃料動(dòng)力電池的制造成本降不下來(lái)，直接導(dǎo)致燃料動(dòng)力電池的發(fā)電成本也居高不下。

氫璞的燃料動(dòng)力電池電堆

2006年，奔馳在北京投放的燃料動(dòng)力電池大巴，單車造價(jià)超過(guò)1000萬(wàn)人民幣，而眼下國(guó)內(nèi)一輛商用燃料動(dòng)力電池車的電池系統(tǒng)價(jià)格達(dá)到了80-90萬(wàn)人民幣，折算下來(lái)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力電池行業(yè)每千瓦的成本也在1000-2000美金左右，相比較豐田公司的燃料動(dòng)力電池成本在100-200美金/千瓦的水平，國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力電池的技術(shù)水準(zhǔn)和制造工藝依然有很大的提升空間。

3、眼下國(guó)內(nèi)缺少適宜乘用車使用的燃料動(dòng)力電池技術(shù)

對(duì)燃料動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，根據(jù)基板材質(zhì)的不同，可以分為幾個(gè)不同的種類。

碳基復(fù)合板——以碳為重要材質(zhì)做成的基板，此類基板組成的燃料動(dòng)力電池（下圖）有穩(wěn)定、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)，但由于碳基板相對(duì)較厚（為保證強(qiáng)度），所以相應(yīng)的燃料動(dòng)力電池組尺寸也同步增大，這就導(dǎo)致了能量密度的降低，使這類基板組成的燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)，只能用于一些對(duì)體積要求不高的商用車（客車或貨車）。

金屬?gòu)?fù)合板——以金屬材質(zhì)構(gòu)構(gòu)成的基板，具有強(qiáng)度高，單片薄和低溫啟動(dòng)速度快的特點(diǎn)，這就允許燃料動(dòng)力電池組（下圖）更易實(shí)現(xiàn)輕量化，更高的能量密度（比碳基板提高至少50%）和反應(yīng)速度。但是由于金屬?gòu)?fù)合板在燃料動(dòng)力電池的工作環(huán)境中不耐腐蝕，壽命短，發(fā)熱穩(wěn)定性不好，工作時(shí)表面電阻大，所以以金屬?gòu)?fù)合板構(gòu)成的燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)對(duì)技術(shù)的要求更高。

鈦板——用金屬鈦制成的燃料動(dòng)力電池基板，融合了以上碳復(fù)合基板和金屬?gòu)?fù)合板燃料動(dòng)力電池的諸多優(yōu)點(diǎn)，但唯獨(dú)在成本這一方面上做不到喜大普奔，所以用鈦板打造的燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)，只能用在不差錢的行業(yè)上，比如驅(qū)動(dòng)一架造價(jià)不菲的無(wú)人機(jī)（絕非大疆之流）。

眼下，豐田和本田給自己燃料動(dòng)力電池車使用的燃料動(dòng)力電池組均屬于金屬?gòu)?fù)合板，而國(guó)內(nèi)此類燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝、成本控制和性能方面，與這兩個(gè)日系品牌的產(chǎn)品還存在不小的差距，所以目前國(guó)內(nèi)相對(duì)較為成熟的燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)（碳基復(fù)合板為主），都只能應(yīng)用在一些大型商用車上，而少有給乘用車使用的燃料動(dòng)力電池組。不過(guò)車云菌在此次燃料動(dòng)力電池會(huì)議上得知，國(guó)內(nèi)像氫鏷這樣在燃料動(dòng)力電池領(lǐng)域居于技術(shù)前沿的公司，有望在未來(lái)幾年生產(chǎn)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的金屬?gòu)?fù)合板燃料動(dòng)力電池。

4、氫氣的制取和運(yùn)輸都是難題

任何一種能源能被社會(huì)廣泛接受，從人性的層面來(lái)說(shuō)，都是“產(chǎn)業(yè)鏈成本”的勝利，化石燃料能大行其道，是其在勘探、開(kāi)采、提煉、運(yùn)輸、消費(fèi)和使用層面的綜合成本達(dá)到了“業(yè)內(nèi)最低”，因此，想討論燃料動(dòng)力電池的可行性，就必須系統(tǒng)性的討論它的系統(tǒng)成本。

雖然燃料動(dòng)力電池在使用層面的環(huán)保成本很低，但燃料氫氣的制取卻是橫亙?cè)谖覀冄矍暗囊蛔笊?。雖然我們可以通過(guò)煤制氫、化工制氫、水電和風(fēng)電制氫這些“邊際辦法”來(lái)獲得一部分氫氣，可一旦燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)（車）在社會(huì)中的使用量達(dá)到一定量級(jí)，大工業(yè)化制氫是唯一的解決辦法。可一旦我們?yōu)榱藲錃舛茪?，那么相比于化石燃料?lái)說(shuō)，燃料動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)成本是不是還具有優(yōu)勢(shì)，我們就不得而知了。

目前大型客車使用的35兆帕儲(chǔ)氫罐

此外，氫氣的運(yùn)輸和保存，是個(gè)必須要認(rèn)真研究的問(wèn)題。就一輛氫燃料動(dòng)力電池車來(lái)說(shuō)，眼下我國(guó)對(duì)氫氣罐制定的國(guó)標(biāo)是35兆帕標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)壓力標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燃料動(dòng)力電池組來(lái)說(shuō)并不能幫助后者獲得具有競(jìng)爭(zhēng)力的續(xù)航能力（能量密度），但是更進(jìn)一步的70兆帕國(guó)標(biāo)，目前還是空白。

此外，氫氣是一種非常特別的氣體，第一是因?yàn)樗囊兹夹裕涸诳諝庵?，只要?dú)錃獾捏w積濃度介于4.1%~74.2%之間，這時(shí)就可能會(huì)發(fā)生爆炸，所以氫氣在運(yùn)輸和加注過(guò)程中，對(duì)泄漏的控制肯定要比汽油嚴(yán)格得多，這就意味著加氫站不能像充電樁那樣建好就不用管了，而必須有專人照看和維護(hù)。

其次，氫氣（H2）是一種分子體積非常小的氣體，這就允許它具有極強(qiáng)的滲透性。常溫下氫氣可透過(guò)橡皮和乳膠管緩慢泄露，在高溫下可透過(guò)鈀、鎳、鋼等金屬薄膜泄露出去，所以相比較于加油站的加油機(jī)和儲(chǔ)油罐來(lái)說(shuō)，想把燃油換成氫氣（還不是液態(tài)氫氣），要的改動(dòng)不是一星半點(diǎn)的工作。

國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力電池車的未來(lái)在哪里？

說(shuō)句不大客氣的話，假如沒(méi)有政策補(bǔ)貼存在的話，國(guó)內(nèi)的燃料動(dòng)力電池研究和電動(dòng)汽車研發(fā)，可能都要晚很多年才會(huì)出現(xiàn)。

根據(jù)眼下政策補(bǔ)貼策略和國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力電池技術(shù)的特點(diǎn)，若干年內(nèi)國(guó)內(nèi)推進(jìn)燃料動(dòng)力電池商用車的示范應(yīng)用還是可行的，因?yàn)橐粊?lái)這樣燃料動(dòng)力電池汽車的生態(tài)閉環(huán)可以限定在一個(gè)很小的范圍內(nèi)“試運(yùn)行”，政策補(bǔ)貼在這個(gè)小圈子內(nèi)也可以發(fā)揮最大的效果，且預(yù)料之外的特殊情況比較少。

從長(zhǎng)久來(lái)看，燃料動(dòng)力電池乘用車產(chǎn)業(yè)，將會(huì)遇到比電動(dòng)汽車更為直接的“先有雞還是先有蛋”的問(wèn)題——燃料動(dòng)力電池車的加氫設(shè)備相比于汽油車的加油設(shè)備和電動(dòng)汽車的充電樁來(lái)說(shuō)，對(duì)操作人員技術(shù)水平和設(shè)備工藝的要求都高，因此加氫站的運(yùn)營(yíng)商更樂(lè)意看到燃料動(dòng)力電池車達(dá)到一定數(shù)量之后才肯投入，而關(guān)于燃料動(dòng)力電池車的消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，肯定是周圍生活區(qū)域內(nèi)存在可以使用的加氫站之后，才會(huì)考慮買燃料動(dòng)力電池車。

因此，想解決這個(gè)“先有站還是先有車”的兩難問(wèn)題，在未來(lái)行政手段和產(chǎn)業(yè)鏈的市場(chǎng)運(yùn)作是必不可少的兩把推手；當(dāng)然，貫穿其中的，必須是越來(lái)越低的燃料動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈成本（包含制氫和使用成本）。只有不斷降低的綜合成本，才有可能讓這個(gè)產(chǎn)業(yè)在傳統(tǒng)化石燃料和純電動(dòng)技術(shù)中間，穩(wěn)固住自己的陣地。