來(lái)自汽車(chē)文化市場(chǎng)的銘沨有自己在汽車(chē)消費領(lǐng)域中的小圈子，他們對氫能產(chǎn)業(yè)最關(guān)心的還是燃料電池汽車(chē)到底有沒(méi)有優(yōu)勢？什么時(shí)候才能像鋰離子電池汽車(chē)那樣普及？這是一篇面向消費者的文章。

——鄭賢玲

由于我曾多年服務(wù)于汽車(chē)文化產(chǎn)業(yè)，在轉行到氫能產(chǎn)業(yè)之后，還是會(huì )和身邊一些朋友聊到汽車(chē)相關(guān)的話(huà)題，也因此不時(shí)會(huì )提到燃料電池汽車(chē)在未來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展前景。但是由于如今鋰電池汽車(chē)在市場(chǎng)已經(jīng)比較普及，因此當我每每提到燃料電池汽車(chē)時(shí)，很多朋友依然是對燃料電池汽車(chē)的概念容易和鋰電池汽車(chē)的工作原理混為一談。針對這個(gè)現象，這次我們就來(lái)簡(jiǎn)單聊一下究竟燃料電池汽車(chē)的工作原理和相關(guān)的核心部件，以及其和內燃機，鋰電池之間的區別。

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燃料電池并不是“電池"

沒(méi)錯，嚴格意義上來(lái)說(shuō)，燃料電池雖然被稱(chēng)之為電池，但是實(shí)際上并不是我們理解的像鉛酸電池和鋰電池那樣單純以?xún)δ転槟康牡摹半姵?，從字面上看，“電池"就是電的一個(gè)“蓄水池"，就是儲存電能的裝備。

燃料電池的工作原理是通過(guò)氧化還原反應，將燃料中的化學(xué)能轉化為電能的裝置，不同于一般電池通過(guò)充放電來(lái)實(shí)現能量的存儲和釋放，燃料電池可以通過(guò)持續添加燃料來(lái)達到持續放電的效果，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)其工作的過(guò)程就是通過(guò)添加燃料持續氧化還原反應來(lái)發(fā)電，其中常用的燃料為氫，通過(guò)電解質(zhì)讓正負極的氫和氧產(chǎn)生氧化還原反應，其過(guò)程中電子從陽(yáng)極傳導至陰極，從而形成電流。

因此也可以說(shuō)，燃料電池汽車(chē)是結合了內燃機汽車(chē)和鋰電池汽車(chē)的特點(diǎn)，既可以通過(guò)快速補充燃料（氫）來(lái)維持續航，又因為其產(chǎn)生的主要為電能，而排放的為氫和氧電解水逆反應形成的水，因此可以達到快速高效的充能，又能達到真正意義上的無(wú)排放環(huán)保需求，彌補了內燃機和鋰電池二者的短板。

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燃料電池的發(fā)展過(guò)程

1839年，英國物理學(xué)家威廉·葛洛夫（William·Robert·Grove）制作了燃料電池，這顆燃料電池的問(wèn)世基于1838年德國化學(xué)家克里斯蒂安·弗里德里希·尚班刊登在雜志上的理論，葛洛夫在看到后于次年驗證并完善了該理論，并在1842年將該燃料電池的設計草圖刊登在了《科學(xué)的哲學(xué)雜志與期刊》上。

葛洛夫的設計使用了硫酸溶液作為電解質(zhì)，其形式更類(lèi)似于現在的鉛酸電池。直到1955年，在通用電氣化學(xué)工程師W·湯瑪斯·葛盧布（W. Thomas Grubb）的改進(jìn)之后，使用了磺化聚苯乙烯離子交換膜作為電解質(zhì)的燃料電池才真正問(wèn)世，而三年后，在其通用電氣同事李奧納德·尼德拉克（Leonard Niedrach）進(jìn)一步將鉑帶入到了交換膜之上，作為還原反應的催化劑，并將其命名為“Grubb-Niedrach燃料電池“，至此也奠定了現代PEM燃料電池的基礎雛形。

1963年W·湯瑪斯·葛盧布（右）和他的同事李奧納德·尼德拉克測試他們制作的PEM燃料電池

后期燃料電池在NASA和通用電氣的共同發(fā)展下，也應用在了多個(gè)商業(yè)項目以及航天項目之中，在上世紀60年代曾多次被用于登月車(chē)的驅動(dòng)單元，以及在太空作為飲用水的來(lái)源，1991年，美國科學(xué)家羅杰·比林斯（Roger E·Billings）成功制造了臺氫燃料電池驅動(dòng)的汽車(chē)——LaserCel 1,至此也正式拉開(kāi)了氫燃料電池汽車(chē)的序幕。

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燃料電池的優(yōu)勢與劣勢

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燃料電池汽車(chē)的現狀和路徑分歧

燃料電池的應用場(chǎng)景相當豐富，如船舶、叉車(chē)、火箭、飛行器、分布式電源等，之所以燃料電池汽車(chē)受到更多的關(guān)注，主要是因為其商業(yè)市場(chǎng)相對較為廣闊，一旦成熟，推行和普及速度相對較快，并且對整個(gè)行業(yè)可以產(chǎn)生巨大的帶動(dòng)。

氫能和燃料電池雖然人類(lèi)已經(jīng)研發(fā)并邁入商用領(lǐng)域多年，但是離日常消費者的距離依然較遠，氫燃料電池汽車(chē)則能有效拉近這個(gè)距離，改善消費者對氫能的一些固有觀(guān)點(diǎn)。

不過(guò)，各國在發(fā)展路徑上有一些差異，早期各大汽車(chē)廠(chǎng)家研發(fā)的樣車(chē)都是乘用車(chē)，日本和韓國量產(chǎn)車(chē)型也是乘用車(chē)，但中國和美國則是以商用車(chē)為主。

自從比林斯制造出了臺燃料電池汽車(chē)后，不少廠(chǎng)商也看到了氫能的市場(chǎng)前景以及環(huán)保潛力，進(jìn)入21世紀后，各大廠(chǎng)商也曾推出過(guò)一些氫燃料電池汽車(chē)的概念車(chē)或是測試車(chē)，但是在后期由于鋰電池市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，多家廠(chǎng)商只能暫時(shí)擱置或取消了燃料電池汽車(chē)的方案。

隨著(zhù)鋰資源的成本逐漸升高，近年來(lái)一些主流車(chē)廠(chǎng)的視線(xiàn)又逐漸回到了燃料電池汽車(chē)的領(lǐng)域，如豐田、本田、日產(chǎn)、戴姆勒、寶馬、現代、起亞、通用等，都公布了燃料電池汽車(chē)的發(fā)展計劃。

根據雜志《Car and Drive》統計，截止到2022年，美國加州目前在路上行駛的氫燃料電池汽車(chē)大概為15,000臺，而隨著(zhù)加氫站和氫能儲運系統的發(fā)展，相信燃料電池汽車(chē)的保有量會(huì )逐步增加。

我們對氫能汽車(chē)的探索并不局限于燃料電池，寶馬和馬自達曾經(jīng)都推出過(guò)氫氣混合動(dòng)力的車(chē)型，并作為小規模的量產(chǎn)車(chē)型推出過(guò)，但是由于技術(shù)原因以及當時(shí)的加氫條件較為苛刻，這些車(chē)型也只能淹沒(méi)在年產(chǎn)千萬(wàn)輛的汽車(chē)大市場(chǎng)中。

但近年來(lái)隨著(zhù)氫能產(chǎn)業(yè)的示范應用，不論是技術(shù)進(jìn)步，還是加氫站的建設都讓這些一度被放棄的技術(shù)路線(xiàn)熱情再度被點(diǎn)燃。2021年6月15日,本田宣布關(guān)閉日本狹山工廠(chǎng)并停產(chǎn)氫燃料電池車(chē)CLARITYFUELCELL,近期，本田又宣布，將于2024年推出一款基于全新CR-V跨界車(chē)打造的氫燃料電池插電式電動(dòng)車(chē)，將在其位于美國俄亥俄州的高性能制造中心生產(chǎn)。

豐田還在近年不斷測試著(zhù)氫內燃機的車(chē)型，作為技術(shù)儲備。當然，我們這次主要是聊燃料電池汽車(chē)，對于氫內燃機或氫混動(dòng)，如果大家感興趣我們可以再找機會(huì )詳細聊聊。

在我轉行開(kāi)始了解氫能產(chǎn)業(yè)之后，和朋友閑聊時(shí)，曾經(jīng)有不少人問(wèn)我為什么我們現在都很難看到燃料電池汽車(chē)，對此我一般給他們的解釋都是一方面，現階段我國在燃料電池汽車(chē)的發(fā)展方向主要為商用車(chē)而不是乘用車(chē)，其實(shí)在某些氫能示范城市如果大家平時(shí)留心，雖然目前還看不到燃料電池乘用車(chē)，但是可能環(huán)衛車(chē)、公交車(chē)、渣土車(chē)、物流車(chē)等商用車(chē)型的燃料電池汽車(chē)已經(jīng)在路上行駛了。

此外，由于我國目前的加氫站以及氫能管網(wǎng)建設還無(wú)法滿(mǎn)足乘用車(chē)市場(chǎng)的需求，乘用車(chē)還只是在廣東和上海地區局部試點(diǎn)，以目前的基礎建設，乘用車(chē)大面積推廣還不具備條件，據統計我國在今年1-10月份燃料電池汽車(chē)銷(xiāo)量約3000輛，其中乘用車(chē)銷(xiāo)量大約不到5%，因此先通過(guò)商用車(chē)累積行業(yè)的技術(shù)經(jīng)驗，加大基礎建設的投資，將會(huì )更有利于未來(lái)燃料電池乘用車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展。

氫燃料電池不僅具備長(cháng)續航的特點(diǎn)，而且其續航不受氣溫和環(huán)境影響，可以作為理想的生產(chǎn)工具的驅動(dòng)方式，但是由于目前氫氣價(jià)格較高，還需要大量的政策扶持來(lái)刺激市場(chǎng)。

我國目前雖然也有部分乘用車(chē)廠(chǎng)商已經(jīng)推出了燃料電池車(chē)型，但是國家目前的發(fā)展方向是以商用車(chē)為主，如上汽、濰柴、福田、宇通、中通、江鈴、飛馳等，都在積極開(kāi)發(fā)氫能商用車(chē)。而縱觀(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上下游，目前我國雖然部分技術(shù)相對落后于歐美同行業(yè)，但是由于我國目前的市場(chǎng)政策路線(xiàn)更偏向于商用車(chē)，跨越的技術(shù)門(mén)檻更高，隨著(zhù)市場(chǎng)的逐步擴大，在技術(shù)逐步成熟的同時(shí)，成本也會(huì )逐步下降。

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燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化瓶頸

正如上文所說(shuō)，燃料電池汽車(chē)現階段的瓶頸其實(shí)依然是在氫氣的供給端。我們可以用目前北京市的加油站數量和公路里程為例，截止到目前，北京市公路里程大概為2.23萬(wàn)公里，加油站大概為1030座，加氫站目前只有14座投入使用，換算下來(lái)約合每21.6公里即可找到一座加油站，而加氫站則需要1592公里左右才能找到一座。

且目前北京的加氫站大多位于郊區，曾為冬奧會(huì )的配套設施，盡管目前北京制定了到2025年建設并投入使用74座加氫站的計劃，但是相較于加油站的數量來(lái)說(shuō)還是差了不止一個(gè)量級。

全球燃料電池汽車(chē)乘用車(chē)推廣最快的國家是韓國，目前，韓國在運行的燃料電池汽車(chē)超過(guò)23000輛，而我國的運行車(chē)輛大約5000輛。到目前為止，我國加氫站已經(jīng)達到290座，而韓國的加氫站只有120多座。到今年第三季度，我國累計銷(xiāo)售11027輛，韓國累計銷(xiāo)量31596輛，以燃料電池汽車(chē)累計銷(xiāo)量與加氫站比例來(lái)算，我國車(chē)占比38.02：1，韓國的車(chē)站比為263.3：1。

但一個(gè)現實(shí)的問(wèn)題是，我國國土面積大，以地方政府規劃的這290座加氫站分布在全國960平方公里土地上的27個(gè)省份，平均每座加氫站服務(wù)的面積，3.31萬(wàn)平方公里，即使目前加氫站分布在經(jīng)濟相對發(fā)達的地區，我們按照國土面積的50%計算，平均每座加氫站輻射的半徑也有16550平方公里；而韓國120座加氫站分布在10.33萬(wàn)平方公里的國土區域，平均每座加氫站輻射的面積也只有860平方公里。

我國一個(gè)廣東省就有17.97萬(wàn)平方公里，超過(guò)韓國整體國土面積，可見(jiàn)即使加氫站最多的廣東省也達不到韓國加氫站的密度。而本來(lái)廣東省的加氫站主要集中在佛山市，這個(gè)地區加氫站的密度已經(jīng)非常高，但當地無(wú)論是化石能源制氫還是工業(yè)副產(chǎn)氫都很缺乏，可再生能源制氫尚未啟動(dòng)，氫氣成本太高，導致運行車(chē)輛處于虧損，而且氫氣供應缺口巨大，無(wú)法滿(mǎn)足加氫站滿(mǎn)負荷工作需求。

此外，由于全球燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈整體的商業(yè)化程度并不高，規模也不夠大，因此相對的成本較高。而且如果燃料電池想要做到盡可能達到理想的無(wú)排放環(huán)保標準，除了氫氣的來(lái)源必須選擇用綠電生產(chǎn)的綠氫外，在設備的生產(chǎn)過(guò)程中也要盡可能使用綠電來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。

雖然我國目前風(fēng)能和光伏綠電項目發(fā)展迅速，但是同比火電來(lái)說(shuō)，電價(jià)在某些風(fēng)能和光伏不發(fā)達的區域還是存在一定的差價(jià)，對個(gè)人使用可能并沒(méi)有太大區別，但是在工業(yè)生產(chǎn)上還是會(huì )拉高整體的生產(chǎn)成本。

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燃料電池汽車(chē)的未來(lái)

目前我國雖然也有了部分公司如廣汽、紅旗、長(cháng)安、海馬、上汽等在開(kāi)發(fā)燃料電池乘用車(chē)，且豐田也在國內開(kāi)始了Mirai II代的銷(xiāo)售，但是價(jià)格相對鋰電汽車(chē)普遍較高，且最重要的是消費者要面對加氫困難的痛點(diǎn)。

雖然燃料電池汽車(chē)目前在新能源汽車(chē)市場(chǎng)中還沒(méi)有打開(kāi)局面，銷(xiāo)量的提高更多是依賴(lài)政策的發(fā)展，但是這本身也是新能源汽車(chē)從進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)就要經(jīng)歷的過(guò)程，通過(guò)商用汽車(chē)在相對比較固定的路線(xiàn)試點(diǎn)，逐步解決相關(guān)基建配套設施，并不斷加大密度。

從歐、美、日、韓等發(fā)達國家來(lái)看，早期都是從燃料電池汽車(chē)開(kāi)始切入，但發(fā)展過(guò)程中都遭遇了氫能供應的瓶頸，然后又回頭來(lái)投入氫氣的制取和儲運項目。目前我國的情形也差不多，過(guò)去二十多年的注意力和投資重心都在燃料電池，但最近兩年加氫站和電解槽項目明顯加快。

同時(shí)隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步和規?；l(fā)展，可以大大降低產(chǎn)業(yè)鏈上下游的生產(chǎn)成本，燃料電池汽車(chē)憑借其環(huán)保，補能方便，且不受環(huán)境因素影響的眾多優(yōu)勢，基礎建設條件成熟就能夠打開(kāi)局面。

從各地出臺的氫能規劃來(lái)看，大部分地區示范期也就是2025前都還是以商用車(chē)為主，一部分地區2030年的規劃涉及到乘用車(chē)。但我們認為燃料電池乘用車(chē)的發(fā)展更多是在基礎設施相對成熟、且成本達到市場(chǎng)預期后，由整車(chē)企業(yè)來(lái)主導的市場(chǎng)，到2030年燃料電池成本從現在的4000元/kW降到1000元/kW以?xún)?，氫氣成本降?5元/kg,以燃料電池*的性能優(yōu)勢，我們對其應用前景有良好的預期。

至于到底是燃料電池還是氫內燃機會(huì )成為未來(lái)，這兩個(gè)產(chǎn)品在根源上也不存在太大的沖突，我想消費市場(chǎng)的最終結果還是需要讓消費者去決定。

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