日前，世界首列氫燃料動力電池有軌電車在河北唐山唐胥鐵路首次投入商業運營。該列電車的運營全程為13.84公里，線路起始站為2016世園會站，途經唐山南站、1878開灤站、1889啟新站，最終返回2016世園會站。這輛有軌電車最大的特點是使用了氫燃料動力電池，有賴于氫氣燃料動力電池技術，電車取消了傳統有軌電池的受電弓和接觸網，不僅填補了世界該領域空白，還實現污染物零排放和全程無網運行。

什么是氫燃料動力電池

氫燃料動力電池是燃料動力電池大家族中的一員，這種燃料動力電池最早可以追溯到WillianRobertGrove在1843年發表的氣體電池的原始模型。正如很多技術從原始構思到成熟產品經歷過非常漫長的過程，氫燃料動力電池也是如此直到美蘇太空爭霸，這項體積小、大容量的能量裝置才被用在宇宙飛船上。

隨著技術的不斷進步，氫燃料動力電池開始被應用到一些裝備上，以及一些民用車輛上。美國、日本等國家都先后開發過搭載氫燃料動力電池的民用車輛。隨著世界各國越來越重視環境保護問題，能夠實現零排放的氫燃料動力電池因而備受重視，美國《時代》周刊在1995年將燃料動力電池電汽車列為二十一世紀十大高新技術之首。

氫燃料動力電池可以理解為一個發電裝置，只要持續不斷的給氫燃料動力電池輸入氫氣和氧氣，就能對外輸出電能。相比之下，像手機里的鋰電池和傳統鉛酸電池，則是一個儲能裝置。充電時存儲電能，使用時再釋放電能。

氫燃料動力電池的發電原理

在中學化學課本上，我們都學過電解水，也就是水被電解為氫氣和氧氣。而氫燃料動力電池的發電可以理解為電解水的逆反應以氫氣和氧氣生成電能和水。

氫燃料動力電池的重要結構包括電極、隔膜和集電器等。電極和一般電池相同，也分為陽極和陰級。隔膜的重要用途是把氧化劑和還原劑隔開。集電器重要起到收集電流和疏導反應氣體等用途。

氫燃料動力電池發電時，電池陽極上的氫會分解出電子和質子，質子會穿過隔膜達到陰極，而電子則在外部電路運行，從而出現電能。在陰極氫和氧會生成水。而只要有持續的氫氣和氧氣供應，并將反應生成的水排出去，燃料動力電池就能夠持續供應電能。

氫燃料動力電池的優點

燃料動力電池之所以被很多人看好，就在于這種電池相關于現在的鋰電池而言有不少優勢，特別是面對油價上漲和能源危機，以及日益惡劣的大氣環境等問題之時，氫燃料動力電池的優勢就格外引人關注。

一是氫燃料動力電池綠色環保。

由于氫氣和氧氣發生化學反應之后，得到的產物是水，而傳統汽車用的汽油燃燒后會釋放氮化物、硫化物，污染空氣質量，是造成城市霧霾的重要原因之一。相比之下，用氫燃料動力電池的汽車要環保的多。

二是制取氫氣的原材料非常豐富。

由于氫氣可以由電解水來獲取，而地球上有非常豐富的水資源，制取氫氣的原材料可以說是取之不盡用之不竭。

三是氫燃料動力電池可以和新能源形成互補。

由于光伏發電、風力發電等新能源發電時間和發電功率不像火電和核電那樣恒定，電能的質量相對遜色一些。因此，電網往往會限制風電廠和光伏電站的發電量。假如將光伏發電和風力發電出現的電能用于氫氣制取，那么既可以解決消化光伏發電和風力發電出現的多余電能，又可以實現氫氣制取的綠色環保，為氫燃料動力電池供應充足的原料。

四是能量轉換效率高。

由于氫燃料動力電池在使用中是直接將化學能轉換為電能，不像一些設備要經過化學能熱能電能的轉換，因而不受卡諾循環限制。擁有更高的能量轉化效率，根據測試，氫燃料動力電池的能量轉換效率可以達到內燃機的2-3倍。

五是沒有像鋰電池那種相對漫長的充電過程。

氫燃料動力電池本質上是一個以氫氣和氧氣為原料的發電裝置，因而不像鋰電池那樣有相對漫長的充電過程。舉例來說，河北唐山唐胥鐵路使用的有軌電車一次快速加氫只需15分鐘。

六是氫燃料動力電池噪聲低。

由于氫燃料動力電池沒有往復及回轉運動的機械部件，因此燃料動力電池運行時非常安靜，噪聲大約只有55分貝，相當于人們正常交談的水平。

七是能量密度高。

目前，鋰電池技術已經撞上了天花板，電池公司已經很難再提升鋰電池的能量密度。即便以劍走偏鋒的方式強行提高鋰電池的能量密度，那也是以犧牲安全性、壽命的指標為代價的，最好的例子就是去年三星Note7手機因電池原因接連自燃和爆炸。

因此，現在一般的電動汽車的航程大約在300-400公里左右，像TSLA的航程能夠達到450公里，但這是以安全性為代價的。這也是TSLA電動汽車接連燒車的原因之一。而假如采用氫燃料動力電池，電動汽車的續航能力可以大幅提升，一些實驗車型的航程已經達到了700800公里，而且隨著技術的進步，電動汽車的航程還有提升潛力。

氫燃料動力電池的不足

首先是對安全性的要求非常高。由于氫氣是極小的分子，很容易造成泄露，而且在一定比例和氧氣混合之后，就會發生爆炸。在氫氣的生產、儲存、保管、運輸和灌裝過程中，一旦泄露將會造成不可估量的后果。

其次是成本偏高。之前提到，氫氣的生產、儲存、保管、運輸和灌裝比較復雜，對安全性要求也高，這就大幅提升了成本。而采用儲氫合金的做法雖然安全，而且部分儲氫合金的儲氫密度甚至大于液氫，但這類金屬幾乎全是稀貴金屬，價格幾乎都直逼黃金，大規模商用的可能性微乎其微。

三是缺乏加注氫氣的氫氣站。正如充電站成為電動汽車普及的短板，氫氣站的匱乏也使采用氫燃料動力電池的車輛難以普及。

結語

本次世界首列氫燃料動力電池有軌電車在河北唐山唐胥鐵路首次投入商業運營，標志著我國在氫燃料動力電池的技術和成本控制上均取得了突破。希望我國能在燃料動力電池技術方面越走越遠，越走越好。