氫氣是全世界公認(rèn)的環(huán)保燃料，在燃燒后不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳等溫室氣體，因此在許多年以前不少汽車(chē)廠商就開(kāi)始在做關(guān)于氫燃料方面的開(kāi)發(fā)，燃料電池就是鏈接氫與汽車(chē)的“紐帶”。

當(dāng)新能源汽車(chē)的概念與純電動(dòng)汽車(chē)漸漸畫(huà)上等號(hào)時(shí)，氫燃料電池車(chē)等新能源汽車(chē)的其他動(dòng)力成員似乎漸漸淡出了公眾的視線。然而，近日幾則關(guān)于氫燃料電池車(chē)的新聞，讓氫燃料電池技術(shù)重回公眾視線。

量產(chǎn)的豐田Mirai氫燃料電池車(chē)。圖片來(lái)源：百度圖片

最近在美國(guó)底特律舉行的車(chē)展上，來(lái)自德國(guó)奔馳公司的研發(fā)部門(mén)主要負(fù)責(zé)人托馬斯·韋伯(ThomasWeber)在接受媒體采訪時(shí)表示，奔馳將推出的GLCF-Cell由最新的燃料電池技術(shù)打造，其電池體積已大幅縮小。他還透露，奔馳目前已做好了該項(xiàng)目的相關(guān)準(zhǔn)備工作，預(yù)計(jì)該車(chē)將于2017年亮相法蘭克福車(chē)展，其主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為豐田Mirai、本田FCVClarity及寶馬將于2020年推出的首款燃料電池車(chē)。

在1月26日，起亞汽車(chē)澳大利亞分公司也對(duì)外宣布，他們一直在考慮采用最佳戰(zhàn)略為汽車(chē)引入可替代動(dòng)力技術(shù)，并且傾向于采取氫燃料電池技術(shù)。作為該公司的母公司，韓國(guó)汽車(chē)制造商現(xiàn)代企業(yè)集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)氫燃料動(dòng)力技術(shù)，目前該技術(shù)已經(jīng)在其ix35FuelCell車(chē)型中采用，并在美國(guó)和歐洲部分地區(qū)限量銷(xiāo)售。

而這些利好的消息，是否能夠讓氫燃料電池車(chē)成功逆襲，為新能源汽車(chē)發(fā)展提供更好的思路?

氫燃料優(yōu)勢(shì)明顯

雖然氫燃料電池的原理早在19世紀(jì)就被發(fā)現(xiàn)，但真正作為汽車(chē)動(dòng)力考慮還在20世紀(jì)后，這與人類(lèi)越來(lái)越注重溫室氣體排放有關(guān)。氫氣則是全世界公認(rèn)的環(huán)保燃料，不含碳元素，在燃燒后不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳等溫室氣體，因此在許多年以前不少汽車(chē)廠商就開(kāi)始在做關(guān)于氫燃料方面的開(kāi)發(fā)，燃料電池就是鏈接氫與汽車(chē)的“紐帶”。

燃料電池(FuelCell)，顧名思義，是通過(guò)燃料的化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能的一種發(fā)電裝置。氫燃料電池車(chē)就是將氫氣和空氣送入燃料電池中，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)生電能。從驅(qū)動(dòng)方式來(lái)說(shuō)，這與純電動(dòng)汽車(chē)并無(wú)不同，只是一個(gè)來(lái)自蓄電池，另一個(gè)則需要通過(guò)燃料電池發(fā)電。

但與純電動(dòng)汽車(chē)中電池的充電放電過(guò)程不同的是，在氫燃料電池內(nèi)部，一場(chǎng)激烈的“交鋒”正在展開(kāi)。氫燃料電池汽車(chē)的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極。而它們的附加產(chǎn)物只有水，電流用來(lái)給電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，產(chǎn)生的水則直接排放出來(lái)。甚至有人認(rèn)為，從理論上講，從排氣管排出來(lái)的水為純凈水，可以直接拿來(lái)飲用。

盡管現(xiàn)在氫燃料主要是從天然氣中獲得，但是未來(lái)可以利用可再生的生物質(zhì)或者水電、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿仍偕茉粗迫淙剂稀?/p>

而且，相較于純電動(dòng)車(chē)背負(fù)的沉重龐大的電池組來(lái)說(shuō)，氫燃料電池車(chē)只需要一個(gè)或多個(gè)氫燃料瓶。“在純電動(dòng)車(chē)中，電池占了很大的重量比例，如果要純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程增加一倍，那汽車(chē)的重量基本上也要翻一番。氫燃料電池車(chē)則不存在這個(gè)問(wèn)題,因此比純電動(dòng)車(chē)具有更好的續(xù)航能力。”同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院副研究員鄭俊生告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，氫燃料電池車(chē)的另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是只須加氫而非充電，“與充電的時(shí)間相比，加氫的時(shí)間則與現(xiàn)在加油的時(shí)間基本一致，大約需要5到10分鐘。而且，我們還可以通過(guò)加裝多個(gè)氫氣瓶的方式，延長(zhǎng)續(xù)航里程。”

也因?yàn)槿鄙倭顺林佚嫶蟮碾姵亟M，氫燃料電池車(chē)的底盤(pán)設(shè)計(jì)的靈活性也可以得到保障，車(chē)內(nèi)的空間也并不會(huì)受到太大影響。

拿豐田汽車(chē)公司目前一款成功量產(chǎn)的氫燃料電池車(chē)Mirai舉例，據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)官方公布的續(xù)航里程達(dá)到了502公里，而加氫速度也是飛快，官方數(shù)據(jù)是僅需3~5分鐘即可加滿。

瓶頸依然存在

雖然氫燃料電池車(chē)的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，但是氫燃料電池的成本和壽命是制約其發(fā)展的兩大瓶頸。

因?yàn)闅淙剂想姵匦枰褂勉K金類(lèi)催化劑，才能通過(guò)氫氣和氧氣產(chǎn)生電能，其工作過(guò)程需要鉑金屬納米顆粒提供反應(yīng)的“中心”，不過(guò)這樣做的成本很高。鉑金就是日常生活中人們熟識(shí)的白金，高昂的價(jià)格，讓氫燃料電池的成本問(wèn)題較為嚴(yán)峻。“如果氫燃料電池不實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的話，成本下降較為困難。”鄭俊生表示。

其次，燃料電池汽車(chē)的壽命離真正使用還有一定距離。盡管世界各國(guó)的研究人員一再提升氫燃料電池的使用壽命，目前世界上最好的氫燃料電池的理論壽命也只停留在8000~10000小時(shí)(若按每天工作4小時(shí)計(jì)算，氫燃料電池的使用時(shí)間約為5~6年)。而在鋰電池中，以循環(huán)次數(shù)較多的三元鋰電池為例，其壽命在理論上則能達(dá)到4000個(gè)周期(相當(dāng)于8~10年)。

此外，基礎(chǔ)設(shè)施也是氫燃料電池車(chē)難以大規(guī)模普及的原因之一。因?yàn)榕c電力增容、安裝充電設(shè)備相比，氫燃料電池車(chē)還需要重新建立足夠密集的加注管網(wǎng)。而且，氫氣的貯藏與運(yùn)輸是個(gè)難題。“現(xiàn)在加氫站和氫燃料電池車(chē)的關(guān)系有點(diǎn)像‘雞生蛋還是蛋生雞’。”鄭俊生舉例說(shuō)，“因?yàn)榧託湔静粔蚨?，所以人們?gòu)買(mǎi)氫燃料電池車(chē)的積極性不高;反過(guò)來(lái)說(shuō)，因?yàn)闆](méi)人購(gòu)買(mǎi)氫燃料電池車(chē)，所以建立更多的加氫站意義不大。而目前全國(guó)計(jì)劃在建的加氫站也只是個(gè)位數(shù)。”

技術(shù)組合才能讓新能源更好

雖然，很多媒體都在放大氫燃料電池車(chē)與純電動(dòng)車(chē)之間的矛盾，但實(shí)際上，新能源的使用并非非此即彼，而是可以多種融合。

奔馳公司將于明年推出的氫燃料電池車(chē)也是鋰電池與燃料電池的合作。因?yàn)槿剂想姵夭痪邆鋬?chǔ)能的功能，只是相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，而鋰電池則恰恰可以將多余的電能儲(chǔ)存，兩者相加才能讓新能源發(fā)揮更好的作用。

比如，Mirai也是混合鎳型電池與氫燃料的產(chǎn)物。“氫的能量密度很高，它可以讓汽車(chē)行駛更遠(yuǎn)的距離，但功率密度卻不高。如果氫燃料電池和其他電源混合使用，比如鋰電池或者超級(jí)電容器，則可以相互輔助,使汽車(chē)具有更長(zhǎng)的續(xù)航里程和更好的操控性。比如，100公里左右的行駛距離，駕駛者可以選擇使用鋰電池供電，一旦駕駛汽車(chē)進(jìn)行遠(yuǎn)途旅行，那么氫燃料就可以提供更長(zhǎng)的續(xù)航里程。”鄭俊生解釋道。