豐田燃料動力電池車Mirai的構造圖

假如說現(xiàn)在的電動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汽車就會讓我們目接不暇了。但事實上，正是因為電動汽車充電速度慢、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)在才要在電動汽車之外，繼續(xù)提出一個燃料動力電池車的技術路線。

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

相比于傳統(tǒng)的燃油車（有關燃料動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），燃料動力電池車最大的優(yōu)勢就是清潔、安靜和高效率（一般燃料動力電池系統(tǒng)的效率可達40%-60%），其使用氫氣（H2）作為燃料，通過化學反應生成電來驅(qū)動車輛，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，只要氣罐的容積足夠大，耐壓標準足夠高，燃料動力電池儲滿高壓氫氣一口氣跑500公里以上都不是問題；此外，相比于電池車在達到使用年限后，在眼下還沒有找到出路的電池回收問題，燃料動力電池技術卻可以保證整個系統(tǒng)的回收再利用。

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

1、現(xiàn)階段燃料動力電池系統(tǒng)技術復雜，體積較大

在燃料動力電池中，質(zhì)子交換膜和基板是燃料動力電池的兩個核心組成部分（這兩個零部件直接決定了燃料動力電池的壽命），由于燃料氫氣要依靠這兩個部分來發(fā)生化學反應，生產(chǎn)出驅(qū)動電機的“電子”，這就意味著燃料動力電池從開始工作到順利生產(chǎn)出“電”來，中間存在一個時間遲滯（目前國產(chǎn)的燃料動力電池，可以把這個滯后控制在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，所以燃料動力電池車必須像電動汽車相同，搭載一塊相對小一點兒的儲能電池。

質(zhì)子交換膜

碳基復合板

這就意味著，凡是電動汽車上必須的設備（包括給電池系統(tǒng)降溫的散熱器），燃料動力電池車上也都必須有，這就決定了燃料動力電池車的技術相對更加復雜。而且，由于燃料動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，因此燃料動力電池車必須給高壓氣罐設計一個適合儲存的安全位置（通常做法是設計在后排乘客的屁股底下）。

2、燃料動力電池的制造成本在逐步降低，但依然很高

由于燃料動力電池對貴重金屬（鉑金）的需求較高，且國內(nèi)能生產(chǎn)燃料動力電池兩個核心組成部分的公司很少（國內(nèi)只有山東東岳實現(xiàn)了質(zhì)子交換膜的關鍵技術突破，國際上有3M和杜邦等公司可以生產(chǎn)高標準的膜產(chǎn)品），所以從國際和國內(nèi)兩個角度來講，現(xiàn)階段燃料動力電池的制造成本降不下來，直接導致燃料動力電池的發(fā)電成本也居高不下。

氫璞的燃料動力電池電堆

2006年，奔馳在北京投放的燃料動力電池大巴，單車造價超過1000萬人民幣，而眼下國內(nèi)一輛商用燃料動力電池車的電池系統(tǒng)價格達到了80-90萬人民幣，折算下來，預計國內(nèi)燃料動力電池行業(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力電池成本在100-200美金/千瓦的水平，國內(nèi)燃料動力電池的技術水準和制造工藝依然有很大的提升空間。

3、眼下國內(nèi)缺少適宜乘用車使用的燃料動力電池技術

對燃料動力電池來說，根據(jù)基板材質(zhì)的不同，可以分為幾個不同的種類。

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

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

鈦板——用金屬鈦制成的燃料動力電池基板，融合了以上碳復合基板和金屬復合板燃料動力電池的諸多優(yōu)點，但唯獨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力電池系統(tǒng)，只能用在不差錢的行業(yè)上，比如驅(qū)動一架造價不菲的無人機（絕非大疆之流）。

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

4、氫氣的制取和運輸都是難題

任何一種能源能被社會廣泛接受，從人性的層面來說，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、開采、提煉、運輸、消費和使用層面的綜合成本達到了“業(yè)內(nèi)最低”，因此，想討論燃料動力電池的可行性，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在我們眼前的一座大山。雖然我們可以通過煤制氫、化工制氫、水電和風電制氫這些“邊際辦法”來獲得一部分氫氣，可一旦燃料動力電池系統(tǒng)（車）在社會中的使用量達到一定量級，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茪洌敲聪啾扔诨剂蟻碚f，燃料動力電池產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)成本是不是還具有優(yōu)勢，我們就不得而知了。

目前大型客車使用的35兆帕儲氫罐

此外，氫氣的運輸和保存，是個必須要認真研究的問題。就一輛氫燃料動力電池車來說，眼下我國對氫氣罐制定的國標是35兆帕標準，這個壓力標準對燃料動力電池組來說并不能幫助后者獲得具有競爭力的續(xù)航能力（能量密度），但是更進一步的70兆帕國標，目前還是空白。

此外，氫氣是一種非常特別的氣體，第一是因為它的易燃性：在空氣中，只要氫氣的體積濃度介于4.1%~74.2%之間，這時就可能會發(fā)生爆炸，所以氫氣在運輸和加注過程中，對泄漏的控制肯定要比汽油嚴格得多，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。

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的滲透性。常溫下氫氣可透過橡皮和乳膠管緩慢泄露，在高溫下可透過鈀、鎳、鋼等金屬薄膜泄露出去，所以相比較于加油站的加油機和儲油罐來說，想把燃油換成氫氣（還不是液態(tài)氫氣），要的改動不是一星半點的工作。

國內(nèi)燃料動力電池車的未來在哪里？

說句不大客氣的話，假如沒有政策補貼存在的話，國內(nèi)的燃料動力電池研究和電動汽車研發(fā)，可能都要晚很多年才會出現(xiàn)。

根據(jù)眼下政策補貼策略和國內(nèi)燃料動力電池技術的特點，若干年內(nèi)國內(nèi)推進燃料動力電池商用車的示范應用還是可行的，因為一來這樣燃料動力電池汽車的生態(tài)閉環(huán)可以限定在一個很小的范圍內(nèi)“試運行”，政策補貼在這個小圈子內(nèi)也可以發(fā)揮最大的效果，且預料之外的特殊情況比較少。

從長久來看，燃料動力電池乘用車產(chǎn)業(yè)，將會遇到比電動汽車更為直接的“先有雞還是先有蛋”的問題——燃料動力電池車的加氫設備相比于汽油車的加油設備和電動汽車的充電樁來說，對操作人員技術水平和設備工藝的要求都高，因此加氫站的運營商更樂意看到燃料動力電池車達到一定數(shù)量之后才肯投入，而關于燃料動力電池車的消費者來說，肯定是周圍生活區(qū)域內(nèi)存在可以使用的加氫站之后，才會考慮買燃料動力電池車。

因此，想解決這個“先有站還是先有車”的兩難問題，在未來行政手段和產(chǎn)業(yè)鏈的市場運作是必不可少的兩把推手；當然，貫穿其中的，必須是越來越低的燃料動力電池全產(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，才有可能讓這個產(chǎn)業(yè)在傳統(tǒng)化石燃料和純電動技術中間，穩(wěn)固住自己的陣地。