氢燃料电池汽车，打得过纯电动车么？

另外，宝马团体还与丰田汽车公司相助，两边将致力于氢燃料电池技能的开拓。BMW i Hydrogen NEXT动力体系就是搭载的两边相助研发的燃料电池，和宝马团体独立研发的燃料电池组和整体驱动体系。

宝马团体研发认真人傅乐希暗示：“从恒久来看，氢燃料电池技能有也许成为宝马团体动力体系组合的第四大支柱。”打算将在2022年小局限出产宝马X5氢燃料电池版本。

笔者第一次相识到“氢气动力”，是在2007年第一次旅行中国科学技能馆时。其时宝马展示了“氢燃料汽车”，心田感动之情溢于言表，不只仅是由于这种车排放物仅为“水”，尚有其时看到H2R观念车时的攻击感。

（宝马H2R观念车）

不外无论其时宝马展示的氢动力7厦魅照旧H2R，都是操作压缩氢气作为燃料更换燃油，也就是仍然在内燃机中事变，即氢气碰着氧气燃烧爆炸发活跃能，由内燃机将化学能转化为动能，通过传动体系发动汽车行驶。

而氢燃料电池则完满是另一种观念，固然化学方程式仍然稳固，但回响的方法有所差异。在氢燃料电池中，氢气进入电池，通过催化剂的浸染下在PEA（Proton Exchange Membranes，质子互换膜）阴极一侧疏散为质子（氢离子H+，阳）和电子（e-，阴），由于只有质子可以或许穿过PEA进入到另一侧，以是电子只能“自寻出路”，沿着电线通过用电器之后进入电池阳极（发生电能），同样在催化剂浸染下，氧气与质子（氢离子）和电子配合发生化学回响，合成水（H2O）并开释大量热量。

（氢燃料电池事变道理）

注：上图中整体架构（阁下进气空间、PEM等）合起来被称之为膜电极（MEA，Membrane Electrode Assemblies），也就是PEM范例氢燃料电池的焦点。燃料电池单个输出电压约为0.8~1V，以是真正车载燃料电池着实是燃料电池组，也就是并联串联一大堆单个燃料电池，来担保电压和输出功率。

氢燃料电池与氢燃料内燃机对比，其能源操作服从要高许多。内燃机服从理论值靠得住近50%，但现实上约莫在25%阁下，而氢燃料电池服从可高达60%（转化为电能），假如算上热能接纳操作，总体服从可高出90%（CHP服从，Combined Heat and Power）。

（差异种类燃料电池事变温度、输出功率、服从、应用规模，个中车载氢燃料电池为PEM范例）

固然氢燃料电池技能早在1838年就被发现了，而且随后在太空（1960年NASA回收的培根燃料电池）、发电、小型机器和电气装备供能等规模被回收，但受到PEA原料以及诸多限定，仍不敷以应用于汽车产物。1991年，Roger Billings研发了第一个氢燃料汽车，真正让氢燃料电池技能引入汽车规模。

然而随后的成长却并未如预期般顺遂，近30年已往了，现在市场上真正量产并贩卖的氢燃料电池车，仅有当代NEXO、本田Clarity、丰田Mirai。

为什么？

起首是制造本钱题目。氢燃料电池汽车的事变道理相同混动车型，低功率时，由电池提供动力，而必要急加快时，燃料电池参与为电机提供电能，电池电量低时，燃料电池则为其充电。

（图/丰田）

以是其动力体系可以完全可以照搬纯电动车，譬喻上文中提到BMW i Hydrogen NEXT体系中，其动力体系就是从纯电动车型iX3上拿来的；而氢燃料电池和储氢罐则可以被看成是发电机，在必要时辰提供动力和向电池充电。

（图/丰田）

题目就在这里，氢燃料电池自己作为焦点部门，其本钱很高。一方面因为产量不大（多个缘故起因，下文说明），无法操作大局限出产低落本钱效应；另一方面则是氢燃料电池原料中必要昂贵的铂金属（或铂家属），以是从原原料采购本钱就较高；最后则是技能缘故起因，氢燃料电池之前未能大局限应用于汽车，个中一个要害题目就是寿命，PEM范例氢燃料电池今朝环球领先程度其行使寿命约莫是5000小时，而海内广泛在2000~3000小时，以是研发本钱也会被计入个中。（SOFC寿命约为40000小时，但因为其事变温度和其他限定 ，无法应用于汽车）

（电池自己本钱和整系一切本钱）

以是当你比拟氢燃料电池车辆的售价时，就不难发明比同级别可能同范例车辆要贵上不少。

乃至其价值比续航差不多的电动车也要贵上不少。

其次是行使题目。平凡汽车加一箱油约莫在200~300元之间，续航约莫在500~600km阁下；纯电动车以特斯拉Model 3长续航为例，超充加满为100~150元阁下，家冲为30~40元阁下，续航在500km阁下；而氢燃料电池以丰田Mirai为例，加满氢燃料（5kg）约莫在350~400元阁下（70多元/kg），续航在500~600km阁下。很明明，氢燃料电池的行使本钱约莫是燃油车的1.5~2倍，是纯电动车的3~10倍。

固然加氢的时刻只必要几分钟，但加氢站的数目屈指可数，导致氢燃料电池汽车行使越发不利便。虽然假如国度要大力大举成长氢能源汽车，那么基建或者会在将来快速成长，但这内里存在一个更大的行业题目，也就是另一个导致氢燃料汽车未能快速成长的缘故起因——氢气来历。

贸易化大局限定造氢气大抵可以分为四种方法：电解水、自然气、石油、煤炭，别离占天下氢气产量的4%、48%、30%、18%。总体而言，家产中常用甲烷或自然气通过蒸汽重整（Steam Reforming）的方法来制造氢气。

通过将甲烷和高压高温水蒸气殽杂，在催化剂浸染下，天生氢气。这种方法的破绽就在于，工场必要耗损大量电能、石油能来出产，而且天生物中除了氢气之外，尚有大量二氧化碳。（虽然出产锂电池同样会耗损大量能源以及排放温室气体，详细具体比拟暂且找不到资料）

另外，氢气的存储和运输又是另一个困难。因为氢气的密度极小，以是想要作为燃料运输和行使，必要使其加压存入高压存储罐，而这就会造成安详隐患，一旦运输进程或存储呈现题目，就会产生严峻的爆炸事情，譬喻之前挪威和美国德克萨斯州朗维尤产生的氢气站爆炸，十几公里外都能感觉到攻击波。

以是“自产氢气”的加氢站呈现，不外显然不行能回收上述家产大局限定氢本领，只能行使电解水方法。该方法不被大范畴应用的缘故起因在于，操作电能电解水发生氢气和氧气，然后氢气被燃料电池操作发生电能，即便时代从出产到车辆行使的服从为100%，那么初始行使的电能仍高出最终发生的电能。以是“自产氢气”的加氢站只能通过太阳能等本领先发电，然后再制氢。这种方法的破绽在于，产量低下，天天制氢数目大概只能满意十几辆可能几辆氢燃料汽车行使。

（站内制氢装备）

不只云云，作为加氢站，其建树本钱因为焦点装备的入口费，不算土地本钱，其建树用度约为1500万，而假如是具有站内制氢手段的加氢站，其建树本钱则高达2000~3000万。而且，据中商财富研究院陈诉，加氢站中氢气本钱约占7成。对比之下，加油站除了土地用度之外，其建树本钱不外百来万，而加电站则更低，一个最贵的直流超充桩必要2~4万，平凡桩则只必要几千元。

抛开上述全部缘故起因之外，氢燃料电池汽车尚有一个不被留意的题目——能源行使服从题目。氢燃料电池固然比内燃机服从高不少，但比拟纯电动车而言却差许多。固然从动力体系罗致电能并转化为动能，两者服从差不多，但氢燃料从出产到运输再到燃料电池，这时代服从丧失庞大，而与之对应的发电厂到电网再充入锂电池，这时代服从较高。

那是否氢燃料电池汽车就没有将来了？

这要分成两部门来看，对付大局限小我私人乘用车角度而言，就今朝制氢、运输、存储等各个方面来说，比拟纯电动车除了补能速率之外毫无上风可言。而对付大型民众交通器材而言，却有所差异。

氢燃料1kg能量约便是1加仑汽油（约2.65kg），而1加仑汽油约便是33kWh电能，但要存储33kWh电能，其电池包重量高达几百kg。以是譬喻对付飞机而言，携带富裕的能源，显然氢燃料最为利便；再譬喻，行驶蹊径牢靠的公交，和一些物流车辆，其出发点终点相对不变，加氢的快速比之充电而言要敏捷不少，尤其对付一些“时刻就是款子”的交通需求，既比燃油车环保，又比纯电车辆补能敏捷。且对付这些行使场景，其加氢站并不必要遍布环球，只必要在指定位置建树即可。

氢燃料电池技能是人类科技成长中一个里程碑，技能自己是优越和卓越的，只不外在应用规模还受到诸多限定。可一连能源成长的本质是不依靠有限能源，从而扫除人类成长和试探宇宙的“枷锁”，固然从服从角度而言，通过太阳能、风能等可一连能源制造氢气，再举办操作，显得有些“愚笨”。但作为一种环保且能量密度较高的存储介质，笔者信托如故会在将来被重用。

事实，谁还没碰着过断电呢。

作者 | 孙鸣远

题图 | 宝马i8氢燃料电池版本

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（编辑：河北网）

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