國慶節(jié)前，2019年的國際氫能與燃料電池汽車大會在江蘇如皋落下帷幕——很多人都不知道，這個大會已經(jīng)是第四屆了。
同往屆一樣，除了為參展商提供展示技術(shù)實力的平臺，大會還向公眾做了一次氫能與燃料電池汽車的科普：氫能的發(fā)展歷史并不短，然而限于其發(fā)展路線（目前仍以商用為主），與普通消費者的直接接觸并不多。然而隨著在新能源汽車的蓬勃發(fā)展，無論政策層面還是汽車廠家、供應(yīng)商都對氫燃料電池這一技術(shù)路線愈發(fā)重視，未來這種汽車將會以何種形式走進(jìn)人們的出行生活呢？
原理：又有燃料又有電池？
圓滾滾的儲氫罐很容易讓人聯(lián)想到國內(nèi)諸多城市加天然氣的出租車。但本質(zhì)上講，氫燃料電池汽車(Hydrogen Fuel cell vehicle-FCEV)是電動車的一種——驅(qū)動輪子的不是內(nèi)燃機(jī)而是電動機(jī)，在這一點上，燃料電池汽車與鋰電池汽車是一樣的。
因此，氫燃料電池車的靈魂部分在于燃料電池，它相當(dāng)于一個小型發(fā)電機(jī)，車輛攜帶的氫與空氣中的氧在其中依靠化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力推動電機(jī)?；驹硎请娊馑哪娣磻?yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。雖然中文稱為“燃料電池”，但并不是氫氣和氧氣混在一起燃燒。
儲氫罐儲存氫氣，燃料電池發(fā)電，電機(jī)驅(qū)動輪子。這便是氫燃料電池汽車的基本模式。
當(dāng)然，現(xiàn)在很多氫燃料電池汽車也會搭配高壓鋰電池一起提供動力，其模式與現(xiàn)有的混動或增程式電動車類似，以應(yīng)對某些特殊使用場景，提升車輛性能。
例如本次參展的現(xiàn)代氫燃料電池車NEXO，其燃料電池作為動力的主要部分，位于車輛后方的1.6kWh的高壓鋰電池則主要負(fù)責(zé)燃料電池的啟動、車輛起步、其他零部件的供電，以及適時介入動力系統(tǒng)與燃料電池一起提供更強(qiáng)的動力。
在燃料電池汽車的研發(fā)經(jīng)驗上，日本和韓國都有著不錯的積累。政府和企業(yè)都足夠重視，豐田的第一代氫燃料電池車型Mirai自2014年底上市以來，銷量已超過1萬（對氫燃料電池汽車來說已經(jīng)是非常不錯的成績了），而豐田也計劃在2020年推出Mirai第二代車型。而韓國總統(tǒng)文在寅（Moon Jae-in）更是將氫能稱為國家 “未來的面包和黃油”，并規(guī)劃了具體的發(fā)展路線圖。
優(yōu)勢與不足
作為新能源汽車的一支異軍，氫燃料電池汽車號稱新能源汽車的“終極解決方案”，除了其在排放方面的優(yōu)勢（發(fā)電過程只生成水，沒有任何其他排放），鋰電池的主要不足在氫燃料電池這里似乎都不再是問題。
首先是續(xù)航。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，儲氫罐的安全性和體積都得到了優(yōu)化，這也為其從商用車向乘用車發(fā)展提供了可能。例如NEXO配備了三個同型號的儲氫罐，國際標(biāo)準(zhǔn)70Mpa壓力下可裝2公斤左右的氫氣，官方測試結(jié)果顯示加滿氫氣狀態(tài)下NEDC續(xù)航可達(dá)866公里。擺脫了電池重量和體積的包袱，氫燃料電池汽車將來提升續(xù)航能力的難度也要遠(yuǎn)小于鋰電池汽車。
此外，氫燃料電池車在整車重量的控制上也更占優(yōu)勢，從另一個角度優(yōu)化了續(xù)航能力。
其次是補(bǔ)能時間。一般來說，氫燃料電池汽車加滿氫氣所需時間為3-5分鐘，遠(yuǎn)低于鋰電池汽車充電時間。不可否認(rèn)目前加氫環(huán)節(jié)以及加氫站數(shù)量還有待發(fā)展，但沒有太多技術(shù)上的難度和沖突。
第三，極端條件下的使用及損耗。低溫是鋰電池的一大殺手，而氫燃料電池的續(xù)航能力則不會受溫度影響。另外，在一些高原地區(qū)，氫燃料電池汽車也可以在空氣壓縮機(jī)的調(diào)整下正常行駛，對地域有著極強(qiáng)的適應(yīng)性。而電量衰減問題同樣不存在，其氫燃料電池系統(tǒng)的耐用性可達(dá)16萬公里/10年。
第四，得益于特殊的能量轉(zhuǎn)換性質(zhì)（直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能的中間變換），燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是鋰電池和傳統(tǒng)汽油、柴油都無法比擬的。
正如其顯而易見的優(yōu)勢，氫燃料電池車的劣勢也很明顯，主要集中在車輛制造成本、氫氣制造及運輸、配套設(shè)施建設(shè)、政策跟進(jìn)等方面。而這些明顯的優(yōu)勢和劣勢也決定了氫燃料電池車目前非常對使用場景非常挑剔。最適合、最先普及的可能仍是中重型、遠(yuǎn)距離交通運輸或固定路線等場景。
例如在韓國和日本，氫燃料電池大巴都曾作為冬奧會等大型活動的穿梭車亮相。
由于貴金屬催化劑的使用和不成規(guī)模，燃料電池造價也一直居高不下。氫氣的制造和運輸更是需要考慮成本、節(jié)能、政策、模式等多方面的因素。無論技術(shù)突破還是整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都非短期內(nèi)能完成的。
普及路漫漫
本屆大會圍繞氫能及燃料電池技術(shù)市場化應(yīng)用、燃料電池堆和關(guān)鍵零部件、制儲氫技術(shù)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、市場投資等熱點話題展開交流。而這些熱點也正對應(yīng)了氫燃料電池汽車普及發(fā)展的諸多難點。
目前來看，政策是支持的?！吨袊鴼淠墚a(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施藍(lán)皮書》中提到，2030年國內(nèi)將建成加氫站1000座，氫燃料電池車達(dá)到100萬輛。而2019年的《政府工作報告》中也首次寫入氫能源，要求推動充電、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。然而無論國內(nèi)市場還是國外市場，氫能的發(fā)展都面臨“冷啟動”的問題，在形成規(guī)模效應(yīng)之前，巨大的投入和風(fēng)險由誰來承擔(dān)？或者說誰有能力承擔(dān)？在某些場景下若有效果類似的替代方案（如鋰電池汽車），那么是否還有必要投入巨大的資金來建設(shè)這一體系？
因此，在未來很長時間內(nèi)，氫燃料電池技術(shù)與其他技術(shù)路線，并不會是你死我活的競爭關(guān)系，各自的優(yōu)勢和不足決定了它們將長期處于共存互補(bǔ)的狀態(tài)。而且多樣化的發(fā)展也許就孕育著更加完善的解決方案。
雖然總講魚與熊掌不可兼得，但用戶所期盼的永遠(yuǎn)是熊掌與魚皆在我手。氫燃料電池汽車會發(fā)展成一條長著熊掌的魚嗎？恐怕需要相當(dāng)一段時間才能有答案了。
