燃料電池被不斷提及 為什么氫燃料電池汽車還沒有成為主流？

 1838 年 12 月，德國物理學(xué)家克里斯蒂安·弗里德里希·舍本貝恩(Christian FriedrichSchönbein)在《倫敦和愛丁堡哲學(xué)雜志》上展示了他發(fā)明的第一個(gè)燃料電池，并討論了由溶解在水中的氫和氧產(chǎn)生的電流技術(shù)。同一年，威爾士物理學(xué)家和大律師威廉·格羅夫爵士(Sir William Grove)也發(fā)表了相關(guān)著作，雖然從現(xiàn)在往回看，當(dāng)時(shí)的燃料電池技術(shù)比較粗糙，但二人的文章證明了燃料電池的可行性。

此后一百余年，燃料電池被不斷提及，成為清潔能源的代表之一。氫能作為最易獲得的能源，在燃料電池中獲得較高的地位。隨著對環(huán)境的重視，我們越來越強(qiáng)調(diào)‘低碳經(jīng)濟(jì)’與‘生態(tài)文明’，因而世界的主旋律都在向新能源看齊。眾所周知，新能源因污染小、儲量大、分布廣，更能滿足當(dāng)下的需求。

威廉·格羅夫爵士 1839 年燃料電池的草圖 | wikipedia　　在新能源諸多分支里，燃料電池卻沒有掌握絕對的話語權(quán)，在人們最常使用新能源的場景——汽車上，搭載鋰電池的電動(dòng)汽車成為了新能源的領(lǐng)先者，占據(jù)了新能源的‘半壁江山’。

但是，即便是目前最主流的應(yīng)用，電動(dòng)汽車也存在無法避免的劣勢，如充電時(shí)間長、續(xù)航里程短，電池維修及保養(yǎng)成本高等等。受技術(shù)發(fā)展限制，電動(dòng)汽車能否成為人們出行的絕對唯一選擇，仍然有許多不確定因素。而在鋰電池之外，還有著不少其他技術(shù)方式，正在等待爆發(fā)當(dāng)中。

被忽視的新能源

1999 年的東京車展上，本田就推出了 FCX 概念車，其中由巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司(Ballard Power Systems)制造的氫燃料電池有 78kW 的功率輸出，EPA 認(rèn)證的續(xù)航里程為 170 英里(約 273 公里)。

1999 年東京車展，本田展示了 FCX 概念車型 | wikipedia　　2009 年，奔馳、本田、豐田等車企紛紛入局氫燃料電池汽車，據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅一年時(shí)間，就有 20 余款氫燃料電池的車型發(fā)布，并在接下來幾年中逐漸量產(chǎn)銷售。然而，結(jié)果總不遂人愿。2009 年到現(xiàn)在，氫燃料電池汽車并未像理想當(dāng)中發(fā)展火爆。

據(jù)外媒報(bào)道，截至 2019 年 2 月，在全美國已售出和租賃了超過 6000 輛氫燃料電池汽車，是第二大市場——日本的兩倍。而起步時(shí)間相近的鋰電池發(fā)展更為迅速，僅 2019 年上半年，美國電動(dòng)汽車?yán)塾?jì)銷量達(dá) 148704 輛，電動(dòng)汽車成為了當(dāng)下一塊巨大的市場。

歐洲 2016-2018 年各季度新能源汽車銷量占比 | euobersever(左上角圖注從左到右依次為混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車以及氫燃料電池汽車)　　仿佛是兩兄弟幾乎同時(shí)出生，但一個(gè)體格強(qiáng)壯另一個(gè)發(fā)育不良，為什么會出現(xiàn)這樣的情況?

究其原因，氫能源在產(chǎn)業(yè)化過程中并沒有獲得足夠的發(fā)展，對于能源方面的技術(shù)還不夠完善。首先，氫燃料電池車對充能基礎(chǔ)設(shè)施的需求較高。如果我們拿電動(dòng)汽車來對比，電動(dòng)汽車在外可以用快充樁充電，在家可以使用慢充樁，但氫燃料電池汽車只能在加氫站充能，如果基礎(chǔ)設(shè)施沒有成大規(guī)模分布，那么對于人們出行都成了難題。

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》，截至 2018 年底，中國已建成加氫站共有 23 座，占全球加氫站的比例約為 6.23%。

中國已運(yùn)營的加氫站分布 |《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》　　另外，氫能源用作汽車動(dòng)力的一個(gè)優(yōu)勢在于續(xù)航里程較長，而這是由于其質(zhì)量能量密度極高才能做到的。鋰離子的質(zhì)量能量密度為 0.36-0.88MJ/Kg，而氫氣的質(zhì)量能量密度為 142MJ/Kg。但氫氣的體積能量密度較低，所以在汽車上使用的話，一般的解決方案是將將氫氣壓縮或液化以縮小儲氫罐的體積，對于儲氫技術(shù)要求非常高。因而，氫燃料電池汽車在過去一直處于無法達(dá)到規(guī)模量產(chǎn)的尷尬境地。

但人們并未放棄這類清潔能源。一方面，氫燃料電池具有無可比擬的優(yōu)勢，在其運(yùn)行過程中，不僅沒有氮氧化物這種有毒氣體，連二氧化碳都沒有。相對于燃油汽車來說，氫燃料電池汽車完全達(dá)到了‘零碳排放’。

氫能源還有一大優(yōu)勢：可再生。氫能作為一種二次能源，可從化石能源中獲取，有助于煤炭等一次能源清潔高效利用;還可以通過電解水制取，增加電力系統(tǒng)靈活性，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲能及調(diào)峰。從這個(gè)角度看，氫能源的全生命周期的能源效率要優(yōu)于汽油柴油。

電解水制氫成本 |《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》　　目前，世界各國都在將氫能源與燃料電池作為重點(diǎn)發(fā)展對象，不斷加大研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的扶持力度。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，近十年，以美國、日本、歐盟與中國為代表的國家已在氫能與燃料電池當(dāng)中投入近 50 億美元。

世界各國對于‘零碳排放’的要求都有一個(gè)大致的時(shí)間點(diǎn)：2050 年。事實(shí)上，僅依靠一種能源在 2050 年使所有經(jīng)濟(jì)與運(yùn)輸行業(yè)完成零排放的目標(biāo)，具有相當(dāng)大的難度，人們需要更多選擇。

正在升級的‘氫動(dòng)力’

技術(shù)總歸要變得成熟，更重要的是，技術(shù)的成熟度是我們?nèi)庋劭梢姷?。過去 70、80 年代在航空航天當(dāng)中應(yīng)用的技術(shù)，如脫水食品、紙尿褲等等，在今日也普及到大眾當(dāng)中，成為隨處可見的消費(fèi)品。同理，氫燃料電池看上去默默無聞，但也在不斷發(fā)展。

2008 年，本田推出了第一款可供零售客戶使用的氫燃料電池汽車，在隨后的幾年中不斷進(jìn)行研發(fā)和升級，日前在廣州車展上，本田氫燃料電池汽車 Clarity Fuel Cell 亮相。

就像上文提到，距離本田發(fā)布首款氫燃料電池車輛已有 20 年之久，而本田自身在 80 年代已經(jīng)開始燃料電池車的基礎(chǔ)研究。2007 年，本田發(fā)布了首款氫燃料電池量產(chǎn)車型 FCX Clarity，正式投向市場。據(jù)本田方面表示，直至今日，仍有 1000 輛 FCX Clarity 通過租賃的形式在美國加州道路上行駛。

比起上一代車型，Clarity Fuel Cell 搭載了第二代 FCV(Fuel Cell Vehicles，燃料電池汽車)動(dòng)力總成技術(shù)，在動(dòng)力方面有了顯著提升，比如它實(shí)現(xiàn)了燃料電池堆的小型化。據(jù)悉，新一代 Clarity Fuel Cell 的單位電芯的發(fā)電性能提升 1.5 倍，燃料電池單元變薄 20%，電池堆的體積縮小了 33%。

本田在氫燃料電池車的動(dòng)力技術(shù)上進(jìn)一步提升 | 本田　　‘整個(gè)電堆都是由本田獨(dú)立開發(fā)完成的，通過生成氣體流路的改進(jìn)和冷卻方式的改進(jìn)，最終可實(shí)現(xiàn)單位電池的輸出電池功率得到大幅提高。’Clarity Fuel Cell 動(dòng)力總成開發(fā)助理負(fù)責(zé)人安藤章二介紹，與其他車企的氫燃料電池技術(shù)相比，本田最大的優(yōu)勢在于燃料電池堆的小型化和車內(nèi)空間的提升。原本只能乘坐 4 人的駕乘空間，也因此升級到 5 人可寬敞乘坐。

在 Clarity Fuel Cell 上，本田將集成了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池堆、混合氣體單元、供壓機(jī)、電控系統(tǒng)五部分的整套動(dòng)力總成系統(tǒng)放置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)，與其他車型形成了明顯差異化。緊湊的尺寸使得車輛動(dòng)力總成與普通 V6 發(fā)動(dòng)機(jī)相仿，同時(shí)也大幅提高車體設(shè)計(jì)的自由度。

本田稱發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)搭載燃料電池動(dòng)力總成為全球首創(chuàng) | 本田　　本田方面表示，Clarity Fuel Cell 的性能與燃油車已別無二致。該車型可實(shí)現(xiàn)最大 130kW 的輸出功率和 300N·m 的峰值扭矩，每次加滿氫只需 3 分鐘，最長續(xù)航里程高達(dá) 750km。

至此，氫燃料電池車也許可以證明自己的實(shí)用性。安藤章二表示，該車型已經(jīng)在日本、美國小批量售賣。與現(xiàn)有燃油或電動(dòng)車輛的配置基本一致，也說明這套系統(tǒng)在將來具有大批量生產(chǎn)的可能。

比較客觀的情況是，大環(huán)境的成熟不能只靠一家公司來支撐。盡管氫燃料電池車已成為車企們重點(diǎn)推廣普及的車型，但他們也承認(rèn)，距離真正的大規(guī)模普及還需要幾年時(shí)間。氫燃料還不是車企或者消費(fèi)者的主流選擇，這項(xiàng)技術(shù)卻并沒有沉寂。相反，以本田為代表的車企們正在為‘后電動(dòng)化時(shí)代’做前瞻性的準(zhǔn)備。

更值得說明的是，對于技術(shù)的探索，本田具有很強(qiáng)的開放性。本田也在積極探討燃料電池技術(shù)在中國應(yīng)用的‘可能性’。雖然只是‘積極探討’，但在每一項(xiàng)技術(shù)背后，我們都能看到本田這個(gè)‘極客’一直在持續(xù)的探索技術(shù)。

Clarity Fuel Cell | 本田　　不僅僅是燃油車、純電動(dòng)車，甚至是本田的小型商務(wù)噴氣機(jī) HondaJet，在一場以能源與技術(shù)為主題的變革當(dāng)中，不以能源作為自己的定位，而是將‘出行’作為主體來考慮，才是正確的道路。幸運(yùn)的是，本田正在將其付諸實(shí)踐。

在這樣一個(gè)‘技術(shù)變革’的時(shí)代，面對種種壓力和焦慮，本田最美的地方在于保留了更多可能性，以及時(shí)刻保持著自身對于技術(shù)的‘探索感’。

而在更廣泛的出行領(lǐng)域變革之中，本田也在不斷的積極與科技公司合作成長，早期與 Waymo、Deepmap 建立深度合作;在投資東南亞共享服務(wù) Grab 、投資通用自動(dòng)駕駛部門 Cruise 7.5 億美元;甚至在中國，Honda 作為首家日企加入了百度 Apollo 平臺，與商湯科技聯(lián)合研發(fā)自動(dòng)駕駛 AI 技術(shù)……等等本田與這些年輕科技公司建立了更強(qiáng)關(guān)聯(lián)的合作。