顛覆性創新(DisruptiveInnovation)，是指那些創造了新的市場和價值網絡，并最終顛覆了現有市場，取代已成熟市場中的原有領先者的創新技術。這一理論由哈佛商學院教授，“創新大師”ClaytonM.Christensen提出，這一理論被稱為21世紀最有影響力的商業理念。歷史上已出現了很多符合這一理論的創新技術，比如FordModelT顛覆了馬車，數碼相機取代了膠片。那么，燃料動力電池汽車是否也具有“顛覆性創新”的特質呢？

2020，曾經，這個時間結點常常被作為實現燃料動力電池汽車商業化的目標年。如今，2020就在眼前了，但燃料動力電池汽車的前景似乎還是不太明朗。今天似乎已經是極好的時代了，一切都在蓬勃發展，新能源車企爆發式上升，共享出行等商業模式也突飛猛進。在這樣優渥的土壤中，為何燃料動力電池汽車的發展仍然步履艱難？2020之后的下一個20年方向何在？本文將從以下幾個方面給出分析：

1.從電池的發展史看汽車電動化的百年浮沉

2.有關燃料動力電池汽車硬實力的新觀點與數據分析

3.從七個已經成功的顛覆性技術，看”顛覆性創新”的共同特點

4.燃料動力電池汽車的下一個20年？

一、從電池的發展史看汽車電動化的百年浮沉

“電”改變了人類的一切，卻留下了汽車這一遺珠。在能源領域，不具有類似信息技術領域“摩爾定律”，能源技術的發展更接近線性而不是指數上升。能源是一切技術的基礎，它事關全人類的安全，因此它的發展必須足夠穩健，新的能源技術要足夠充分地證明自己，才可能進入主流。電池技術的發展史，以及汽車電動化的百年浮沉，也就是能源技術發展的一個縮影。

“電池”與“電”同時被發明(發現)

提到汽車電動化所面對的挑戰，大家首先肯定會想到是電池“不行”。的確如此，電池技術的發展似乎已經很難跟上當今的電動化、電子化浪潮對其的要求了。但實際上，電池的發明和電學的起步是同時期的，早在科學家發現“電”的時候，電池就被發明了，并且很好地幫助了科學家進行電相關的實驗。下圖總結了電池的發展歷程。

電池發展史

人類系統地研究自然界中的電現象，是從18世紀開始的。代表人物是著名的BenjaminFranklin。實際上也是他創造了Battery(電池)這個詞，當時用來描述帶電玻璃板陣列。同時期還有另外一位解剖學家叫LuigiGalvani。他發現了“生物電”，進而描述了電流以及發電的原理，為后續的“電池”發明奠定了基礎。Galvani可能不如Franklin著名，但是學過電學相關知識的朋友應該用過Galvanostatic（恒電流）這個詞。

LuigiGalvani在解刨青蛙時發現電流

在1800年之前，科學家對電的研究都是停留在對自然現象的觀測中，直到AlessandroVolta(電壓單位“伏特”)發明了工程意義上的電池。這被稱為“伏打電堆”（VoltaicPile），這一電池由交替的鋅和銅盤構成，在金屬之間布置有浸泡在鹽水中的紙板，兩極發生電化學反應從而出現電流。這是世界上第一個能夠出現可靠穩定電流的“濕電池”，它的重大意義在于為后續研究電的科學家供應了穩定可靠的電源，極大地推動了電學研究的發展。

接下來的1819-1827，是電磁感應的發現和應用，重要來自于三個人：André-MarieAmpère，GeorgOhm，MichaelFaraday(三人分別是“電流”，“電阻”的單位，和“法拉第常數”的名稱)。后來我們也了解了，這三人將電力技術推上了一個全新的高度，徹底改變了我們的生活。

另一方面，電池仍在按部就班地發展著，不斷有新類型的電池被發明出來，比如1836年JohnDaniell發明了Daniell電池，1839年WilliamRobertGrove發明了燃料動力電池，也就是本文的主角。這里我們暫不詳細介紹燃料動力電池，你只要了解它與上圖中其它的電池類型都不同，其它電池發電都是要消耗電極材料的，而燃料動力電池的電極材料則只作為催化劑，理論上永遠不會被消耗，被消耗發電的是額外輸入的“燃料”。相關于當時的“一次電池”而言，這是燃料動力電池的重要優點。到了1859年，鉛酸電池出現了，這是第一個可充電電池(二次電池)，彌補了“一次電池”的缺點。鉛酸電池至今仍在汽車等領域廣泛應用。

到1881年，CarlGassner發明了鋅-碳電池，這是世界上第一個干電池。在此之前的電池都是“濕電池”，就是說必須要填充液態的電解質，比如我們高中就學過的鉛酸電池，就是以硫酸作為電解質的。

另一重要的進步是1901年ThomasAlvaEdison發明的堿性電池。堿性電池的方法原本是愛迪生的合作伙伴WaldemarJungner設計的，當時Jungner也同時發明了鎳鉻充電電池，他覺得鎳鉻充電電池的應用前景要大得多，所以并沒有把精力放在堿性電池上。但愛迪生意識到堿性電池高容量、低成本的優勢，所以拿來申請了專利，并在后來發展成了最成功的一次電池。

ThomasAlvaEdison展示公司的電動汽車

從1970年代開始，鎳氫電池被發明出來，并且在1989年正式應用于小型商業化產品。隨后便是鋰離子電池的崛起了。實際上，人們早在100年前就認識到將鋰作為電池材料的優勢了(1912年美國物理化學學家GilbertN.Lewis首先開展了鋰離子電池的研究)。因為鋰是密度最低、電化學勢最高，并且比能量最高的金屬。鋰的較小的原子量可以幫助鋰離子加速擴散，這些都意味著鋰可以成為理想的電池材料。盡管鋰離子電池的早期研究開始于100年前，但實用的鋰離子電池直到20世紀80年代才有所突破。1980年，美國化學家JohnB.Goodenough和摩洛哥科學家RachidYazami分別發現了用LiCoO2作為電池陰極，石墨作為陽極可以很好地實現鋰離子電池的效果。隨后，由日本AsahiKasei公司(三菱集團的子公司)的科學家AkiraYoshino帶領的研究團隊于1985年制造了第一個鋰離子電池原型，這是第一個可充電且穩定工作的鋰離子電池版本。又經過了約十年的探索，索尼公司于1991年才將鋰離子電池商業化。

今天，電力電子技術的發展，已經超乎我們曾經的想象了，從遠大的方面說，最大的射電望遠鏡已經可以探測到宇宙深處距離我們200億光年外的天體了。從最微觀的方面說，人類制造的最小電子器件，如5nm晶體管，小到足以出現量子隧道效應。最快的計算機已經能夠以每秒3.3億億次浮點運算的能力工作了(TH-33.86PFLOPS)。然而在電池方面，雖然學術界不斷發明了很多新的電池類型，在實驗室里電池性能也得到不斷提升，但是在實際應用中，突破性的改變并未發生過。我們了解，當今電池最成功應用之一是Tesla電動汽車。但連ElonMusk的超級廠也承認，他們現在依然只是對現有的鋰離子電池進行改進，電池的革命可能不會在短時間內到來。

電動汽車曾是市場主宰

可能很多人也了解，電動汽車其實比內燃機汽車出現得更早，然而后來內燃機崛起，電動汽車便離開了歷史舞臺很長時間。其中的原因也很簡單，在最初，“燃油+內燃機”的工作模式比“電池+電動機”要復雜很多。根據估計，內燃機通常具有超過2000個零件，而電動機則可以簡化到數十個。后來電動汽車被反超，則是由于內燃機的性能顯著提升，成本降低，而電動汽車，則遇到瓶頸，進展緩慢。遺憾的是，直到今天，100年前電動汽車遇到的瓶頸，仍然是我們今天最大的問題。1907年-1939年，位于底特律的AndersonElectricCarCompany是最大的電動汽車制造商，年銷量最高到1800輛，他們生產的電動汽車，續航里程在80-211英里(128–339公里)，而今天，這個數字并沒有多大改變：200-500公里(目前市場中的電動汽車)。

世界上第一輛電動汽車于1842年在蘇格蘭制造。到了1899年，美國銷售了超過1500輛電動汽車，而同年汽油車的銷量則為900輛。當時紐約已經建立了一個完善的充電站網絡，電動汽車也尤其受到城市中的上層人士的青睞，特別是女士們，一定會選擇駕駛電動汽車，因為當時的內燃機并沒有配備起動機，要手搖曲柄啟動，這是一種費力且危險的操作。另外，電動汽車更清潔，比內燃機車更安靜，活動部件更少，因此更容易維護。

電動機(上)與內燃機零部件比較

從20世紀30年代開始，內燃機車逐漸成為市場主導，取代了電動汽車。因為隨著內燃機技術的進步，它們變得比電動汽車更便宜，續航里程更遠，車速更高，并且加油可以在幾分鐘內完成，比電動汽車便捷很多。另外，第一個實用的起動機也被美國工程師CharlesF.Kettering發明并推廣，1920年的FordModelT就正式用起動機取代了手搖曲柄。Kettering在汽車工程史上也是一位重要的人物，雖然不像Ford等人創立了自己的汽車公司，但是他以工程師的角色，發明了數百項推進汽車工業的技術，也備受人們崇敬。假如你到了密歇根，會注意到有很多以Kettering命名的學校、研究所等。比如位于Flint的KetteringUniversity,至今仍是培養優秀汽車工程技術人員的搖籃。

在沉寂數十年后，到了20世紀90年代，電動汽車在美國加州出現了小規模的復興，這是因為當時加州出臺了一項《零排放汽車法案》(ZeroEmissionVehicleMandate)，這項法案曾規定，1998年在加州出售的新車中，“零排放汽車”的比例要達到2%，2000達到5%，2010年達到10%。通用汽車生產了超過1000輛純電動汽車，即EV-1，以滿足該法案。但是這項法案一直受到諸多批評的聲音，其本身也在不就后就放寬了，所以純電動汽車再次落入低估，但與此同時，混合動力汽車卻得到了發展。

到了今天，我們討論電動汽車，是因為它再次迎來了復興的希望。如我們前面所討論的，電動汽車，包括燃料動力電池技術，并不是一項新技術，但我們仍然可以將其歸類為潛在的“顛覆性創新”。正如美國著名傳播學家和社會學家EverettRogers在他的開創性著作《創新的擴散》（DiffusionofInnovations）中指出的：“要成為一種創新，技術不要是新的。假如一項新技術關于個人而言似乎是新的，那么它仍然可以被認為是一種創新”。而電動汽車就屬于這種情況。

二、燃料動力電池汽車：性能優異，卻陷入迷茫

燃料動力電池，作為汽車電動化的解決方法之一，其常被提及的幾個優點，我無需在此贅述了。純電動汽車相關于燃油車所具有的優點，燃料動力電池汽車都同樣具有。在此基礎上，燃料動力電池汽車還有更多的幾個突出特質。我們老生常談的兩點，可能就是續航里程和充能時間了。我猜大家對純電車和燃料動力電池車的續航里程的大致印象是，兩者差不多。這種印象的來源可能是因為如今一些純電動汽車的續航里程已經足夠高，達到了燃油車水平，比如2017ModelS100D的里程是335miles(539km)，同時最新量產燃料動力電池車的里程也差不多是這個數，比如HondaClarityFuelCell2016版在EPA測試循環中，里程是589km。但是也許我們可以透過歷史數據，用發展的眼光來重新看看這個問題。

下圖是我們整理的Honda燃料動力電池汽車發展年表，重點列出了儲氫方式與續航里程的變化。不難看出，在短短不到20年間，儲氫技術經歷了合金儲氫，甲醇重整，高壓氫罐等方式。其中高壓氫罐的儲氫壓力，隨著技術的發展，從最初的25MPa、100L，新增到了現在的70MPa、141L。相應的，燃料動力電池汽車續航里程也在短時間內有了質的飛越。從下面的曲線圖可以更直觀地看出來，燃料動力電池汽車的續航里程的上升是非常迅速的。所以，回過頭再去想想剛才我們比較的純電動汽車與燃料動力電池車，雖然今天二者的續航里程相近，但是，燃料動力電池車是用不到20年時間就從200多公里的里程進步到現在的水平，而純電動汽車，上一節我們也說到了，它們在100年前，續航里程就是已經300多公里了。可見，假如照著這樣的發展速度繼續下去，不久后燃料動力電池汽車的續航里程就能讓純電動汽車望塵莫及了。

Honda燃料動力電池汽車發展年表

儲氫量與續航里程在20年內飛速提升

從原理上說，燃料動力電池汽車在續航里程上的優勢也很好理解。純電動汽車的里程受到其搭載的二次電池容量的限制，而二次電池的發展，前面已經介紹得很詳細了，受到電化學反應原理的限制，其容量的提升可以說是在百年間進展龜速。而關于燃料動力電池汽車，我們只要不斷增大儲氫壓力，就能線性地增大其續航里程。雖然工程實踐中其實也沒有說起來的這么簡單，增大儲氫壓力關系到氫罐材料、安全性、總體效率等方面，但是其提升的難度仍然遠低于二次電池的性能提升難度。

除了續航里程的優勢外，車用燃料動力電池的優勢還體現在耐久性，功率密度和便于增大尺寸。這里暫不展開細說，推薦大家看一篇今年最新發表于NatureEnergy的文章Batteriesandfuelcellsforemergingelectricvehiclemarkets，其中有對各種類型的二次電池及燃料動力電池的性能參數的詳細總結。

說了這么多燃料動力電池的價值和優勢，那么為何到如今它的發展依然很迷茫呢？我想這是因為“顛覆性創新”的典型特點之一：”顛覆性創新技術最初比現有技術更昂貴，然而質量卻更差”，很顯然，在這樣的初期條件下，它是難以找到市場的。那么燃料動力電池汽車的出路在哪里？它會成為下一個成功的“顛覆性創新”嗎？我們不妨一起回顧一下歷史，看看歷史上其它幾項最終取得成功的“顛覆性創新”是怎么做到的？

三、成功的“顛覆性創新”的四個共同特點

在人類歷史上的各個領域中，顛覆原有成熟技術的創新并不少見，它們無一例外的，在最初階段不被市場看好，但最終成功地替代了原有技術，并改變了我們的生活。第一個是在攝影領域，在上個世紀90年代數碼相機出現之前，膠片是絕對的選擇，數碼相機價格數倍于膠片相機，而在初步進入市場時，其畫質和使用便利性等也都比不上膠片相機(如表1和表2所示)，但后來的故事大家應該耳熟能詳了。類似的例子還有：汽車替代了(絕大部分)馬車；液力工程機械替代了(絕大部分)電力工程機械；石英表替代了(絕大部分)機械手表；在船運領域，蒸汽船替代了帆船，電子閱讀器成功地與紙質書分享了市場。

表1.原有技術與成功的顛覆性技術之間的成本比較

表2進入市場初期，顛覆性技術優缺點比較

在回顧了上述成功顛覆性創新的發展歷程并分析了相關數據后，我們不難總結出它們的共有特點：

1.現有市場領先者通常不會認識到該項新技術的威脅

我們發現，成功的顛覆性創新，在一開始都是被認為不具有威脅的。原本主導市場的公司即使意識威脅，也不會真正采取重大變革來采用顛覆性創新技術，而是通過不斷降低現有技術的成本和改進現有技術性能，以求維持其市場份額。這個效應其實已經有了一個自己的名字，就叫做“帆船效應(SailingShipEffect)”，說的就是19世紀初的時候，蒸汽船的出現對帆船的市場占有構成了很大的威脅，這導致了一個有趣的結果，那就是在隨后的50年間，帆船實現了比過去300年間還多得多的技術改進，然而，這些努力通常是徒勞的。這樣的例子還包括柯達沒有及時轉向數碼相機的研發。Bucyrus-Erie公司作為曾經最大的采礦設備制造商，因其沒有及時采用液壓技術，而逐漸退出歷史舞臺，于1994年申請破產保護。類似的許多公司都因沒能及時適應顛覆性技術，而后開始走下坡路甚至銷聲匿跡。

相反的例子是瑞士鐘表行業。在鐘表行業中，曾經有一段時間被稱為“石英危機(QuartzCrisisakaQuartzRevolution)”,這指的是在20世紀70年代和80年代初期，石英表的出現所引起的市場顛覆，由于當時瑞士鐘表業選擇繼續專注于傳統機械表，瑞士手表出口量從1973年的4000萬臺下降到1983年的300萬臺，瑞士鐘表業幾乎要被石英表所消滅。如今，瑞士鐘表業也接納了石英，幫助自己實現了復蘇，并再次站在世界巔峰。2011年，瑞士鐘表業實現收入130億歐元。

2.顛覆性創新最初比原有技術更昂貴，而質量卻更差

從表1我們可以看到，成功的顛覆性創新在剛進入市場時，其成本比原有技術可能高4到30倍。高價格通常是由于復雜的制造工藝，高成本材料的新技術導致的，新技術尚未從規模經濟中受益。在新技術對市場的占有率逐漸增大后，根據學習曲線效應我們了解，由于制造優化，產量新增，單位成本得以下降。最終，顛覆性技術的成本可能降至與原有技術直接競爭的水平。

3.顛覆性創新技術對消費者具有某種形式的“附加價值”

顛覆性創新取得成功的其中一個重要因素是給用戶帶來“附加價值”。然而有趣的是，這種附加價值常常是出乎預料的，并且明顯超出了技術本身的功能優勢。比如說iPod，它的功能性進步是顯著的，比如可以儲存比CD多得多的音樂。但是，市場人員經過調研發現，最初人們踴躍購買iPod的重要驅動是認為它很“酷”。

4.顛覆性技術將首先填補小眾市場(NicheMarket)，然后逐漸擴散

以液壓挖掘機為例，在早期，挖掘機的主流市場是采礦業、建筑業等，液力挖掘機因為更小型化，所以無法進入這些主流市場。后來液力挖掘機找到了自己的小眾市場，也就是個人住宅建設。因為我們了解，美國的個人住宅大多都是獨棟的，相對分散的，在早期的時候也重要由家庭自己建設。最早的時候重要靠人工手動挖掘地基。隨著二戰后美國經濟發展，住宅建設需求蓬勃發展，液力挖掘機很好地填補了這個市場空白，因為它比大型電力機械更小巧靈活，相關于手工作業又能顯著提高效率。

四、燃料動力電池汽車的下一個20年？

在分析了上述幾個成功的“顛覆性創新技術”的歷程之后，我們再來思考燃料動力電池汽車的下一個20年應該怎么發展？首先，我們應該已經認識到，燃料動力電池汽車符合前面我們總結的“顛覆性創新”的共性。因此，我們有理由相信它具有充分的潛力成為下一個成功的顛覆性創新技術。我認為，意識到這一點，關于制造商和政策制定者們的大方向決策至關重要。然后，借鑒以往的成功技術，關于燃料動力電池汽車具體的發展策略我認為可以從以下三個角度考慮：

1.努力新增附加價值，而不是全力投入降本

一部分公司在推廣新能源汽車，特別是燃料動力電池汽車時，犯了一個錯誤，那就是他們全力投入到降低成本的目標中，期望將新能源汽車的成本降低到燃油車的水平，從而與燃油車直接競爭大眾市場。從本文我們分析過的歷史相關經驗來看，這可能行不通。從純電動汽車發展過程中的一些案例，我們也可以看見一些端倪：二十一世紀初時一些純電動汽車為了追求“具有競爭力”的低成本，制造了很多低品質的產品，這不但沒能幫助它們與現有技術分享市場，反而降低了公眾對電動汽車的接收度：因為它們給消費者留下了“電動汽車=低品質”的刻板印象。一個典型的例子就是印度RevaElectricCarCompany在2001-2012年間制造的名為REVAi(akaG-Wiz)的電動汽車，它曾經成為了世界上銷量最好的電動汽車，銷往了26個國家，但是它的性能在很多國家根本達不到“汽車”的標準，比如在美國它被劃歸為”NeighborhoodElectricVehicle”；在歐洲，它屬于“HeavyQuadricycle”，其實也就類似于近期我國大量出現的“低速電動汽車”。既然它們存在，我無法否認這種進入市場的方式具有它自己的邏輯。但長遠看來，樹立品牌，新增消費者認可度，和努力新增“附加價值”才是可持續發展之道。

印度RevaElectricCarCompany的REVAi電動汽車

產品的附加價值通常是多方面的，比如產品功能，社交效應附加值(也就是口碑，認同感)，情緒附加值(高品質、品味帶來的愉悅)，知識附加值(一些消費者對“黑科技”的追求就屬于此類，越是理解技術、科學、創新的消費者，越傾向于接受/追求創新技術)。我們已經看到，這些附加價值對已經成功的那些顛覆性創新起到的至關重要的用途。關于燃料動力電池汽車，假如用心為消費者創造附加價值，這一定能成為突破市場第一步的重要推動力。

2.從高端市場切入

燃料動力電池汽車當前的高成本，決定了它更適合從高端市場開始切入。另一方面，可以說它的高成本反而更加有利于其進入高端市場，因為，它的高成本意味著它有機會創造更多的“附加價值”，而最愿意為這些“附加價值”買單的消費者恰恰就是在高端市場中的那群人。當然，隨著Tesla的成功，高端市場切入的策略大家也都并不陌生了。值得一提的是，高端市場切入，關鍵不在于“提高價格”，假如誰認為單純地提高價格，就能讓自己的產品進入高端市場，那無疑是欺騙行為，其本身也是不長遠的，比如諾基亞VERTU，所謂的世界首個奢侈品手機，還有國內一些類似的產品。我的理解是，這類既沒有文化底蘊(比如1998年才創立)，又沒有附加價值的所謂奢侈品，除了能從欺騙中獲得一些收益，是絕不可能真正進入高端市場的。越是處于高端市場的消費者，越是對產品的附加價值有清楚的判斷，他們對自己的需求有明確的認識。

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3.關重視型商用車市場

越來越多的公司已經意識到，燃料動力電池汽車可以把重型商用車作為一個不錯的市場切入點。這個思路其實也是延續著高端市場切入策略的，因為燃料動力電池汽車單位成本高的固有特性，它要在高單價的產品上去消化它的成本劣勢。重型卡車相關于乘用車來說，就具有這樣的特點。并且，重型商用車的用戶，也有他們的特殊附加價值需求。比如，與乘用車不同，他們尤其關注運輸效率和運行成本。關于一個卡車運輸隊，越快地到達目的地，越少地消耗燃料，關于他們來說就是直接地新增利潤。燃料動力電池技術恰恰可以供應這兩點附加價值，如前一章節我們所分析的，燃料動力電池汽車的續航里程可以相對容易地擴展，卡車司機甚至在一次運輸任務中并不要停車補充燃料。而氫燃料成本遠低于柴油，這又可以節省出一大筆利潤。

豐田“燃料多樣化戰略”，燃料動力電池卡車處于重要位置