钜大LARGE | 点击量：946次 | 2021年12月06日
新能源的理想终点? 氢燃料动力电池现状简析
氢燃料动力锂电池车长期以来都持续被世界各地专家学者和汽车公司认定为新能源汽车的最终形态。有关氢燃料动力锂电池的研发工作其实早在上世纪就已经陆续开展，各大车企也在致力于氢燃料动力锂电池技术的储备工作。然而，虽然氢燃料动力锂电池车的原理早就写入了中学化学课本，但即便是在新能源技术和产业飞速发展的今天，氢燃料动力锂电池车及氢产业链的小规模量产化和商业化还仅限于日本等少数地区，其余多地还处于试点运营状态，成本也居高不下，未能真正推广开来。那么就目前而言，那些走在前沿的氢燃料动力锂电池车企们有着怎么样的研发和推广进度？氢产业链会如愿成为未来新能源社会的最终形态吗？我们不妨来了解并探讨一番。
●氢燃料动力锂电池车的基本背景
在新能源车领域当中，主流的四种产品类型包括混合动力、插电式混合动力、纯电动，以及氢燃料动力锂电池。而有关这几种不同形式的新能源车，在网络上也在持续不断地进行着究竟孰优孰劣的争论。有关这一问题，丰田给出了他们的答案——不同地区市场有着不同的地域特色，四种新能源形式都会找到归属。
HamaWing是“0碳氢”的源头，这座风力发电机采购自丹麦维斯塔斯，最初于2007年三月落成，建设及维护费用由市民、政府补助、公司等共同承担。
『四种主流的新能源车型』
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
举例来说，在北欧地区，发达的风力发电带来的清洁电力能够支撑插电式混动或纯电动汽车的充电需求；而在石油资源富足的中东地区，普通混合动力可能在拿捏成本和资源的平衡后显得更加有意义；在政策倡导电动化新能源的我国大陆地区，插电混动、纯电动和氢燃料动力锂电池可能将一同成为着重发展的方向。
在四种新能源形式中，氢燃料动力锂电池车被许多业内人士公认为最环保且最理想的一种形式，但目前它也是四种形式中相对最不成熟的，距离真正普及到消费者日常使用还需一些时日。那么，氢燃料动力锂电池是怎么回事？它好在哪儿？现在的发展情况又是如何？
『FuelCell（燃料动力锂电池）』
氢燃料动力锂电池（HydrogenFuelCell）是一套将氢气和氧气蕴含的化学能经过电化学反应直接转换为电能的发电装置，它并不是什么遥不可及的高深事物，因为其工作原理早就被写入了高中化学课本，并“困扰”着一代又一代学子。而在近年来的新能源汽车领域中，氢燃料动力锂电池扮演的角色正在逐渐重要起来。
『丰田Mirai氢燃料动力锂电池车的储氢罐之一』
现阶段来说，氢燃料动力锂电池车除了与传统纯电动汽车同样是“0碳排放（此处忽略电能和氢气生产过程的碳排放）”外，还有着几大明显优势——氢气相较于电能更易储存、更易运输，且充填效率与传统汽油车相近，远优于电动汽车充电，并且单次充填燃料后的续航里程也明显大于纯电动汽车。因此，越来越多的车企加入到了氢燃料动力锂电池车的研发当中，其中走在前列的都是来自亚洲的公司——丰田、本田、现代，他们生产的氢燃料动力锂电池车已经量产，并投放到了世界多地市场，同时他们也在致力于打造更加完善的“氢能社会”。
然而就现阶段而言，以纯电动为主的新能源汽车遭人诟病的一大原因之一就是电力本身不够“清洁”，而这重要是由于各地电力系统依赖火力发电造成的。其实，氢燃料动力锂电池车也同样面对着这种“源头不干净”的问题，那就是氢气的制取。目前工业上重要依靠电解水的方式制取氢气，而电解水所需的电能假如还是依靠传统火电，那么它就和现阶段的纯电动汽车相同，只是将实际的碳排放从人类聚集区转移开了，而“0碳排放”也只是噱头和空话。
●破解低碳氢制取难题——丰田用风能给出解决方法
◆横滨HamaWing风电制氢实证实验探究氢产业链
为解决这一问题，丰田在2015年联合日本横滨/川崎市政府、岩谷产业、东芝、丰田自动织机等多家机构与公司，在横滨风力发电站（HamaWing）开展了风力发电制造低碳氢燃料的实证实验项目。项目的重要内容就是通过风力发电制取真正的“低碳氢”，并将氢气供应给横滨、川崎两地四家公司的12辆氢燃料动力锂电池叉车，从而对整个氢能供应链进行初步摸索，并对供应链广泛推广的可行性进行评估。在不久前的十月份，我曾亲自前往HamaWing进行了参观。有关这套氢能供应链的细节，请随我一起往下看吧。
『实证实验开展前的横滨风力发电站』
由于周围比较空旷，还没到地儿，顶点高118米的HamaWing“大电扇”就可以远远望到了。它坐落在横滨市海滨的一片工业区里，周围有多处工地、废料回收厂等。
下图展示了风电制氢实证项目的全景，项目在已有的HamaWing风力发电机脚下增设了氢供应链所需的更多设备，如受电盘、配电盘、制氢稳定化系统、水电解设备、氢气压缩/填充装置等必要环节，下面我们就来一一解读。
HamaWing是“0碳氢”的源头，这座风力发电机采购自丹麦维斯塔斯，最初于2007年三月落成，建设及维护费用由市民、政府补助、公司等共同承担。
180块回收自二手普锐斯的电池组构成了这个“大蓄电池”，由于风力发电非常容易受天气影响——在风速过小或过大时，风力发电机都无法工作。因此，这个“大蓄电池”就用于缓冲、消除由于风力发电机工作断续带来的供电波动，保证下方的水电解制氢装置可以得到持续的供电。
基于上图三个装置，氢气完成了生产（制备）和包装（压缩）过程，接下来的环节就是将压缩氢气运输至需求方，而载具则是下图中这辆日野DUTROHybrid运氢车。
丰田在横滨市中央批发市场本场蔬果部、麒麟啤酒横滨厂、日冷物流东扇岛物流中心、中村物流川崎FAZ物流中心四家公司投放了12辆氢燃料动力锂电池叉车进行试点，分别用于短距离多频次、重物搬运，以及低温工作环境的验证和测试。这款叉车充满氢所需的时间约为3分钟，可以支持其工作约8小时，无需像传统纯电动叉车相同充电或换电池。
那么经过一段时间的实际运营，这套氢产业链相比传统电动叉车和汽油叉车究竟能够减排多少碳呢？
◆实证实验结论：相比传统电动/汽油叉车减碳86%/94%
根据官方给出的碳排放数据比较，我们不难发现，相较于传统的汽油叉车，实证研究下的氢燃料动力锂电池叉车在总CO2排放上有着高达94%的降低，相比电动叉车也有着86%的削减。实际上，假如能解决将柴油充氢车替换成燃料动力锂电池驱动的车型的话，那么这套“低碳氢供应链”就基本上实现0碳排放了。
比汽油叉车减碳90%还多？看到这里，您可能认为这套氢能源供应链已经“非常棒呆”了。然而，它还有一个不可忽略的硬伤制约着它的推广——成本高昂。并且，作为小规模实证实验，其实这套风能发电系统也还是没能完美解决因天气不稳定带来的发电中断，只能缓解短时间停止发电带来的供电波动。
有关此，丰田表示将会努力压缩风能制氢的成本，力求将制氢和压缩氢气这两个环节所需的成本压缩至当前传统非低碳氢能源的价格，从而实现推广。当然，这个任务也是十分艰巨的。
『东京街头的岩谷产业加氢站』
此次，丰田并未透露这套尚处于实证阶段的氢能源供应链的制氢成本，但他们透露了当前传统来源氢能源的成本大约为1000-1500日元/千克（约合人民币5.22-7.83元/标方）。以每辆叉车13.4标方/工作日（官方数据）的耗氢量计算，一天的加氢成本约为70-105元人民币。而除了风能发电制氢外，丰田还将着眼于探究褐煤制氢、废水污泥制氢方式，它们都有望成为未来低碳氢社会的重要制氢方式。
●那些在氢燃料动力锂电池行业前列的车企，目前有什么动作了？
◆丰田：推出Mirai后名声大噪，今年起在华开展论证测试
2015年，丰田曾公布了“环境挑战2050战略”，其中最重要的一项挑战就是——“丰田2050年全球新车平均行驶过程中二氧化碳排放量相较2010年削减90%”。重要的实现方法包括逐步推进全固态电池的研发和使用、推动SiC（硅碳化合物）功率半导体开发、动力控制总成（PCU)的高性能化和小型化，以及继续推广氢燃料动力锂电池车等。2020年，丰田氢燃料动力锂电池车全球年销量目标是3万辆以上。
『丰田Mirai』
具体到车型，丰田已经在2014年推出了首款量产氢燃料动力锂电池车——Mirai（未来）。截止今年十月底，该车已经在欧洲、北美、日本及阿联酋地区累计售出了4300余辆，当下年产量为3000辆。该车定位于一款三厢紧凑型车，采用前置前驱布局，电动机最大功率155马力，官方给出加满氢气后的续航里程超过550km。此前编辑朱力神曾对该车进行过试驾，您可以点击此处查看。
『位于江苏常熟的丰田汽车研发中心加氢站』
在今年十月底，丰田在位于丰田汽车研发中心的所在地江苏常熟建立的加氢站正式落成，这也标志着为期3年的Mirai在华“实证实验”正式开始。据悉，三年的测试内容将包括“我国使用环境下的车辆行驶调查”、“氢燃料品质调查”以及“各种品质耐久性评测”等。官方表示，未来Mirai还将引入我国、澳大利亚等地区销售，参考此次实证实验三年的持续期，预计Mirai登陆国内要等到202X年了。
『丰田SORA氢燃料动力锂电池巴士』
值得一提的是，丰田还在今年东京车展上公布了一款氢燃料动力锂电池巴士，该车被命名为“SORA”，取自日语“天空”之意。丰田表示，日本将为2020年东京奥运会和残奥会导入100辆SORA用于公共交通。
『丰田SORA氢燃料动力锂电池巴士』
该车的续航可达200km，但实际投入使用时将用于日常行驶150km的公交线路。价格方面，官方给出的参考售价为1亿日元/辆，约合人民币585万，十分昂贵。不过丰田也表示该车将得到日本政府的购置补贴，补贴后价格与同级别柴油巴士基本相同。此外，该车还可享受6年/30万公里的原厂质保。
◆本田：CLARITY性能不输Mirai，联合通用持续研发中
『本田CLARITY氢燃料动力锂电池车』
有关同样在氢燃料动力锂电池车领域走在前列的车企本田，其曾在2015年推出了CLARITY车型，它的续航里程和动力表现相比于丰田Mirai还要出色，其中JC08工况续航里程可达750km。两款车型均在美国加州进行试点租售（本田CLARITY只租不卖），而由于加氢的不便利以及车价较高，两款车的售卖/出租情况并不怎么好。
『通用/本田新子公司成立签约仪式』
2017年一月，本田汽车和通用汽车宣布将合作生产新一代氢燃料动力锂电池系统，两家公司将以50:50的比例出资在美国成立生产子公司，并力争2020年左右开始投入量产。双方希望通过合作减少较高的生产成本，并在该领域的竞争中保持优势。据悉，两家公司分别出资4250万美元成立子公司，其将开设在通用密歇根州厂内，公司社长与副社长采取两年轮换制，最初由通用派出社长，本田派出副社长。生产子公司预计新增约100名雇员。本田预测美国市场对燃料动力锂电池车的需求将不断增大，因此将该系统的生产集中在美国。栃木县高根泽町的厂今后准备停产。
『本田CLARITY亮相江苏如皋』
回到国内，同样是在不久前举办的我国第二届国际燃料动力锂电池汽车大会上，本田携CLARITY进行了国内先发。不过相比于在华积极推动Mirai国内测试和加氢站建设的丰田，本田则要显得被动许多。根据此前报道，本田将于2018年在华投放首款纯电动汽车，然而本田截至目前还未曾提及过在华推广氢燃料动力锂电池车的计划。
◆现代：“入行”最早，2018年将量产新一代燃料动力锂电池车
『现代ix35FuelCell燃料动力锂电池车』
早在2013年，现代就在海外推出了氢燃料动力锂电池版本的途胜/ix35车型（车名根据投放地区的不同而不同），该车的售价十分高昂，重要面向的是英国等地的政府部门公务用车，并未像两年后推出的丰田Mirai和CLARITY相同拥有相对更完善的使用环境，也未曾公开销售。
『现代全新燃料动力锂电池车（尚未定名）』
不过在蛰伏几年之后，现代又推出了新一代氢燃料动力锂电池车，该车目前尚未定名，但现代表示将于2018年量产。同样是在上文提到的我国第二届国际燃料动力锂电池汽车大会上，这款全新氢燃料动力锂电池车也在国内进行了首次亮相。从外观来看，它的设计已经非常接近量产，预计后续其也将像Mirai和CLARITY相同，在世界各地市场陆续投放普及，我们也期待该车能像Mirai相同开启国内测试工作，以便早日引入。
◆奔驰：世界首款插电式氢燃料动力锂电池车——GLCF-CELLPLUG-IN明年海外开售
『奔驰GLCF-CELLPLUG-IN插电式氢燃料动力锂电池车』
此前我们曾报道，奔驰GLCF-CELLPLUG-IN插电式氢燃料动力锂电池车将于2018年在海外市场上市，这款车采用了世界上首款插电式燃料动力锂电池技术，其中电池组由奔驰和福同研发，放置在发动机舱，电动机则将动力输出到后轮，而该车也并不会推出四驱版本。据悉，GLCF-CELLPLUG-IN的续航里程预计将达到500km级别。
『奔驰GLCF-CELLPLUG-IN插电式氢燃料动力锂电池车』
为达到500km的续航目标，这款燃料动力锂电池车配有两个储氢罐，一个纵置摆放在车辆中部，另一个横置摆放在尾部，两个储氢罐一共可以储存4.3kg氢气，官方宣称的续航里程可以达到451km。此外，8kWh的电池组还能够供应48km的续航里程。2018年，新车将销往海外市场，重要面向日本及美国这些加氢站建设相对完善的地区。
◆宝马：两年前曾推出5系GT和i8的氢燃料动力锂电池试验车
『宝马5系GTeDrive氢燃料动力锂电池原型车』
『基于i8打造的氢燃料动力锂电池跑车』
得益于与丰田在2013年起建立了氢能源研究方面的合作，在2015年，宝马推出了5系GT氢燃料动力锂电池版和基于i8打造的燃料动力锂电池跑车，前者最大功率245马力，最大续航里程超过500km；而后者的最大功率为256马力。据此前报道称，宝马计划在2020年实现氢燃料动力锂电池车的量产。
●我国的氢能源进度如何？
◆上汽集团：荣威950氢燃料动力锂电池车“秀实力”，大通V80氢燃料动力锂电池版广州车展上市
在2016年，上汽荣威曾向工信部递交了荣威950燃料动力锂电池车的申报信息，我们也曾在第一时间对其进行了曝光。回顾来看，在今年上市的改款荣威950便是采用了当时燃料动力锂电池版本的外观设计，前脸造型更加时尚。动力方面，该车采用了氢燃料动力锂电池系统，电机最大功率150马力。参考此前车展展出的老款荣威950燃料动力锂电池版来看，其储氢量为4.34kg，最大续航里程为400公里。
『荣威950燃料动力锂电池车申报图』
截至目前，荣威950燃料动力锂电池车还没有投放市场。不过同样来自上汽集团的大通V80燃料动力锂电池车（大通FCV80）已经在十一月十七日开幕的广州车展上正式上市了。该车的指导价格为130万元，但在国家及地方各50万/辆的补贴力度下，其最终的实际售价仅为30万元，仅相当于中配的燃油版V80。
『大通V80燃料动力锂电池车（又称FCV80）』
在外观方面，大通FCV80与普通版车型基本一致，亮点在于动力上搭载了氢燃料动力锂电池+永磁同步电机，储氢量6.2kg，电动机最大功率136马力，峰值扭矩350牛·米，最高车速可达120km/h。除氢燃料动力锂电池外，该车还支持传统的插电充电，不过其动力锂离子电池组容量较小，只有14.3kWh。我的同事何家荣已经对该车进行了体验和解析，请您点击链接查看：《燃料动力锂电池+无人驾驶上汽大通FCV80解析》。
◆长城汽车：有望2022年推出首款燃料动力锂电池车
长城汽车目前正在推进XEV项目，其中“XEV”指代不同类型的新能源，包括PHEV（插电混动）、BEV（纯电动）和FCEV（燃料动力锂电池）三个项目的开发工作。2022年，长城有望正式推出首款燃料动力锂电池车型。
长城汽车副总裁、XEV项目主管TobiasBrunner在演讲中表示，长城XEV项目将会开发电动汽车与燃料动力锂电池车共用的全新平台，目前长城已经建立研发中心，配套的厂设施也在同步推进。根据规划，其有望在2022年北京冬奥会期间推出第一款燃料动力锂电池车。TobiasBrunner还透露了有关产品方面的细节：高端车型的电池容量将会在80-90kWh，储氢量5-6kg（压力为70MPa）；而中低端车型电池组容量为60-70kWh，储氢量则为3.5-4kg，充气压力会有35MPa和70MPa两个规格。
◆我国加氢站建设现状：算上丰田自建的那家，全国仅有6座
力推氢燃料动力锂电池的邻国日本目前已经拥有了约100家对外开放的加氢站，而目前国内的加氢站仅有6座，除了原有分布在北京、上海、河南郑州、广东云浮、广东佛山的5座外，上文提到的江苏如皋丰田汽车研发中心加氢站则是第6座。
当然，更多加氢站也在持续建设当中。以广东云浮为例，十一月八日刚刚奠基动工的罗定加氢站将会成为云浮市第二家加氢站，预计其将于明年六月前完工。后续，云浮市还将在云浮新区、新兴县、郁南县等多个区域持续建设氢能源设施网络。
◆《我国燃料动力锂电池汽车发展路线图》：2030年达到百万辆级商业化推广
2017年七月，我国汽车技术研究中心曾公布了《我国燃料动力锂电池汽车发展路线图》报告。报告有关2020-2030年间我国燃料动力锂电池车发展给出了总体思路，包括发展目标、技术路径和发展重点。具体来看，2020年，氢燃料动力锂电池车首先将实现在特定地区的公共服务用车领域达到5000辆规模示范应用；随后在2025年逐步推广至城市私人用车、公共服务用车等领域大批量应用，达到50000辆规模；最终在2030年左右，其将实现在私人用车、大型商用车领域实现百万辆规模的商业推广。
◆《上海市燃料动力锂电池汽车发展规划》：2030年产业链市值突破3000亿元
2017年九月二十日，上海市科委会同市经信委、市发改委研究制订了《上海市燃料动力锂电池汽车发展规划》。《规划》为上海市设立了近、中、长期目标，同时设立了六大任务，以加快推进上海市燃料动力锂电池汽车创新突破。其中，近期目标（2017-2020年）将聚集超过100家燃料动力锂电池汽车相关公司等，燃料动力锂电池汽车全产业链年产值突破150亿元，在示范运行与推广层面，建设加氢站5-10座、乘用车示范区2个，运行规模达到3000辆。在2030年，上海力求成为具有国际影响力的燃料动力锂电池汽车应用城市，燃料动力锂电池汽车全产业链年产值突破3000亿元，带动全国燃料动力锂电池产品的多元化应用。
●有关氢燃料动力锂电池的探讨：
了解完各大车企们的氢燃料动力锂电池车发展现状，您可能会感觉到这些只排放水的汽车已经触手可及了。就当下而言，各大车企的氢燃料动力锂电池技术储备的确已经在逐步完善当中，走在前列的海内外车企们都已经推出了面向市场销售的量产氢燃料动力锂电池车。可见，有关那些具有丰富研发实力的知名车企们来说，氢燃料动力锂电池车的制造似乎已经没有太大的难度了。
但我们不妨静下心来思考一下，其实氢燃料动力锂电池车所面对的最大困境可能并非它们本身，而是氢燃料运输/使用的安全性、基建设施的建立和完善，还有氢燃料制取成本的控制等等。当然有关氢燃料动力锂电池车自身而言，也有很多技术难点要攻关，如燃料动力锂电池系统的材料、控制、功率密度、耐久性、成本等。其中，燃料动力锂电池电化学反应的催化剂要大量的金属铂（也就是我们所说的铂金），它占据成本的比重就十分可观，而且其对氢气纯度的要求很高，否则会造成催化剂中毒，大大降低电池转换效率。因此，在进行技术攻关、基础设施筹备建设及商业化落地等方面，真正的“低碳氢社会”还有很长的路要走。在氢能源发展的过程当中，纯电动汽车在新能源领域依然有着很大的优势。尽管碳排放仍然是纯电动汽车的重要槽点，但在我国电力资源严重过剩的情况下，纯电动汽车的推广仍势在必行。
短时间内，我们很难说氢燃料动力锂电池和纯电动究竟孰优孰劣，因为毕竟假如丰田、宝马等多家公司正在努力研发的固态电池发生了技术突破的话，那么纯电动汽车充电速度慢的短板又将会被补齐，而氢燃料动力锂电池车又会失去加氢快的优势“王牌”。在十月开幕的东京车展上，丰田汽车执行副总裁迪迪尔·勒罗伊（DidierLeroy）先生就向外透露，目前丰田已经在固态电池领域取得了很大进展，大幅提高了续航距离。为了在2020年代初期实现商业化生产，他们正在加速研发。
近日，我国汽车工业协会副秘书长师建华曾在接受采访时表示：“国家新能源政策明确鼓励燃料动力锂电池汽车发展，而且假如我们在氢的制取、成本、安全性及消费者用车需求方面实现突破和控制，那么氢燃料动力锂电池车将会是新能源汽车最为理想的结果。”这番话说得的确没错，作为工业制氢的重要原料和氢燃料动力锂电池唯一的排放物，水在地球上的覆盖面积达到了70%以上，可持续发展的特点与一次性消耗的化石燃料有很大的不同。但是，这段话中“假如”一词后面的条件在短时间内却又实在是很难成真……
然而，当我们回顾从前，例如回顾锂离子电池和内燃机汽车的前世今生时，谁又能料到这些在当时看起来太不完善的东西最终会成为我们日常生活中离不开的必需品呢？总结来说，有关新能源，我们要做的就是静观其变。虽然氢燃料动力锂电池还不是新能源目前的理想形态和终点，虽然它与固态电池等新技术相同也处在能源革命过程中的过渡发展阶段，虽然在各类难题被攻克之前我们还没有办法完全认可它……但是，氢燃料动力锂电池确实也最有潜力成为最终的能源解决方法。看到这里，您也不仿在评论中给出自己的见解：在您看来，哪种形式的新能源会最终脱颖而出呢？
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