車東西（公眾號：chedongxi）
文 | 吳垚
近日，氫燃料電池汽車再(zai)次獲(huo)得國家政(zheng)策“重點照顧”。
4月初，三款(kuan)氫燃料電(dian)池車首次登上《新能源汽車推(tui)廣應(ying)用推(tui)薦(jian)車型目錄》，享受(shou)每輛車20萬-50萬的國家補貼(tie)，與(yu)部(bu)分(fen)地方政府的等額補貼(tie)，總額最高(gao)可達售(shou)價的70%，補貼(tie)力度至少(shao)會持續到2020年。
月(yue)底，工信部又(you)在國務院新聞辦發布會(hui)上明確表示：“氫燃料電池汽車(che)(che)將與純電動汽車(che)(che)長期并存互補(bu)，共同滿足交(jiao)通運(yun)輸(shu)和人(ren)們的出(chu)行需要。”
很明顯，國家已將氫燃料電池車的地位提高到了與電動車并行的高度。
能(neng)(neng)享受如此待遇，是因為(wei)氫燃料電池車有著獨特優勢(shi)——氫能(neng)(neng)源(yuan)取之不盡、加氫快續航長、完(wan)全零排放。
但尷(gan)尬的是，擁有如此(ci)多(duo)優點且(qie)又頻頻受到國家政策“點名照顧”的氫能(neng)源汽車，卻始終沒有發展起來。
據中(zhong)汽協數據顯(xian)示(shi)，2016-2018年，中(zhong)國氫燃料(liao)電池車銷量分(fen)別(bie)為629輛(liang)、1272輛(liang)、1527輛(liang)，而電動(dong)汽車銷量分(fen)別(bie)達(da)到32萬輛(liang)、57.8萬輛(liang)、125.6萬輛(liang)，相較之下氫燃料(liao)電池汽車可謂慘不忍睹。
那么，這樣一個好產品(pin)，為何一直發展不起來呢？
其原因涉及技(ji)術、產(chan)業、政策、市場等多個方(fang)面(mian)(mian)，但總結起來(lai)最(zui)核心的問題在氫燃(ran)料電池汽車(che)面(mian)(mian)臨(lin)的技(ji)術、制氫和(he)使用三大困(kun)境(jing)。
一、氫燃料電池汽車再獲重視 市場規模有望突破1萬億
國家大力(li)支(zhi)持的氫燃料(liao)電池(chi)汽車(che)，其(qi)實是燃料(liao)電池(chi)汽車(che)的一種(zhong)，另外(wai)還有甲醇、天然氣、乙醇燃料(liao)電池(chi)汽車(che)等(deng)。
目前(qian)，占比最大、最有大規模量產前(qian)景的就是(shi)(shi)氫(qing)(qing)燃料(liao)(liao)電池(chi)(chi)車（也叫氫(qing)(qing)能源汽(qi)車）。甚至可以說，現(xian)階(jie)段在(zai)全球范圍內談燃料(liao)(liao)電池(chi)(chi)汽(qi)車，基本就是(shi)(shi)指的氫(qing)(qing)燃料(liao)(liao)電池(chi)(chi)汽(qi)車。
自國家開始推廣新能源汽車以來，燃料電池汽車就受到了高度重視。
▲國內車企研發(fa)的氫燃料(liao)電(dian)池汽車
早在2009年出(chu)臺的《節能(neng)與氫能(neng)源汽車(che)示(shi)范推廣(guang)財(cai)政(zheng)補(bu)助(zhu)資金(jin)管理(li)暫行辦法》中，就(jiu)提(ti)出(chu)了(le)由(you)中央(yang)財(cai)政(zheng)對燃(ran)料電池汽車(che)進行6-60萬不等(deng)的成(cheng)本(ben)差價補(bu)貼(tie)。隨后2011年的《中華人民共和國車(che)船稅法》又規定燃(ran)料電池汽車(che)與純(chun)電動汽車(che)、插混車(che)一樣，享受免征車(che)船稅的優(you)惠。
在純電動汽車補貼不斷退坡的當下，氫燃料電池汽車則仍是寵兒。
2018年，財政部(bu)、工(gong)信部(bu)、科技(ji)部(bu)、發改委聯合發布(bu)了《關于(yu)調整完善(shan)新(xin)能源(yuan)汽車(che)推廣應(ying)用(yong)財政補(bu)貼(tie)(tie)政策的(de)通知》，規定燃料電池(chi)乘用(yong)車(che)按(an)搭載的(de)電池(chi)額定功率進(jin)行補(bu)貼(tie)(tie)，補(bu)貼(tie)(tie)標準為(wei)6000元(yuan)/kW，上限(xian)為(wei)20萬/輛；客車(che)、貨(huo)車(che)進(jin)行定額補(bu)貼(tie)(tie)，依據(ju)車(che)型大小(xiao)補(bu)貼(tie)(tie)上限(xian)為(wei)30-50萬/輛。
▲財政部(bu)對氫(qing)燃料電池汽車補貼標(biao)準(zhun)
同年(nian)，《中(zhong)國(guo)氫能產(chan)(chan)業(ye)基礎設施發(fa)展藍(lan)皮書》指(zhi)出，到(dao)2030年(nian)，中(zhong)國(guo)燃料電(dian)池汽車保有量要(yao)達(da)到(dao)200萬臺，加氫站數量達(da)到(dao)1000座，產(chan)(chan)業(ye)產(chan)(chan)值將突破1萬億元。
在國家的大力號召下，地方政府也積極響應。
補(bu)(bu)貼(tie)方面，多地政府實(shi)施與國補(bu)(bu)1:1的(de)補(bu)(bu)貼(tie)政策，以某價值130萬的(de)氫燃料客車(che)為(wei)(wei)例，經過國家和地方各50萬的(de)補(bu)(bu)貼(tie)后，最終售(shou)價僅為(wei)(wei)30萬。
加氫站建設方面，地(di)方政府也成(cheng)為了補貼的主力軍。
4月22日，六安(an)市人民政(zheng)府發布(bu)《關于大力(li)支持氫燃(ran)料(liao)電池產(chan)業發展的意見》，對不同(tong)加(jia)氫能力(li)的加(jia)氫站進行最高200萬-400萬的補(bu)貼。據(ju)國內媒體(ti)報(bao)道(dao)，廣東佛山(shan)南海區(qu)單(dan)個(ge)加(jia)氫站最高可拿到800萬的補(bu)貼。
▲安(an)(an)徽六安(an)(an)市《關于大力支持氫燃(ran)料電池產業發展(zhan)的意見》
在國(guo)家與(yu)地方的共同扶(fu)持下(xia)，氫(qing)燃料(liao)電(dian)池汽車(che)迎來(lai)了絕佳的發展機遇，國(guo)內企(qi)業們熱情高漲。知名(ming)車(che)企(qi)如(ru)長城(cheng)、上(shang)汽、東風、金龍等，供應商如(ru)國(guo)鴻氫(qing)能(neng)、億華通、大洋電(dian)機等紛(fen)紛(fen)入局。
重慶(qing)(qing)力帆此前(qian)發(fa)布公告稱，與武(wu)漢秦歌、重慶(qing)(qing)地大簽署(shu)《戰略合作協(xie)定(ding)》，共同開發(fa)氫能源乘用車，隨后力帆股份連獲5個漲停，可見資本市場對(dui)其前(qian)景的(de)看好。
據(ju)了(le)解，在中(zhong)央、地方政府(fu)、上下(xia)游企業的合力(li)發展下(xia)，如今我國華(hua)(hua)南、華(hua)(hua)中(zhong)、華(hua)(hua)東、京津(jin)冀等地區已形成了(le)多(duo)個氫(qing)產業集群。
可以說，氫燃料電池車在中國已(yi)蓄勢待發(fa)，有星(xing)火燎原之勢。
二、發展潛力巨大 擁有三大獨特優勢
自國家推(tui)廣新能源汽車(che)起就被列為重點照(zhao)顧對象(xiang)，在電(dian)(dian)動車(che)補貼退坡時仍享有(you)高昂補貼，反復被中(zhong)央(yang)政(zheng)府點名照(zhao)顧。那么燃(ran)料電(dian)(dian)池汽車(che)，或者說氫燃(ran)料電(dian)(dian)池汽車(che)，到底有(you)何過人(ren)之處？
要(yao)了解(jie)其優(you)勢所在，還(huan)得(de)從氫燃料電池的(de)原理說起(qi)。
氫(qing)燃料電(dian)(dian)池的發電(dian)(dian)原理(li)很(hen)簡單，本質上就是氫(qing)氣與氧(yang)氣結合生成(cheng)水的化學反應(ying)過程(cheng)。
▲氫燃料電池原理圖
上(shang)圖(tu)為氫燃料電(dian)(dian)內部原理圖(tu)，只要不斷地(di)給陰極(ji)(ji)板通空氣(qi)，給陽極(ji)(ji)板供應(ying)氫氣(qi)，燃料電(dian)(dian)池(chi)就(jiu)(jiu)可以(yi)不斷產生電(dian)(dian)流。具體(ti)到汽車(che)上(shang)來說，就(jiu)(jiu)是讓(rang)汽車(che)背上(shang)一罐氫氣(qi)，然后(hou)在車(che)載的燃料電(dian)(dian)池(chi)中與(yu)氧氣(qi)進行結合，從而產生電(dian)(dian)流驅動車(che)輪，并給車(che)載電(dian)(dian)池(chi)組充電(dian)(dian)。
▲氫燃料電池汽車結構示意圖
具體來說，氫燃料電池(chi)汽(qi)車有(you)三大優點(dian)：
1、真正的零排放汽車 緩解車企減排壓力
面對(dui)日益(yi)嚴峻(jun)的(de)環保壓力(li)，全球各國都(dou)制(zhi)定(ding)了(le)日益(yi)嚴苛的(de)排放法規。
美國加州(zhou)頒(ban)布了ZEV零(ling)排放車輛法案，為每(mei)(mei)種車制定了“積(ji)分”系數。若未達標(biao)，車企必須要向加州(zhou)空氣(qi)資源委員會（CARB）支(zhi)付每(mei)(mei)輛車5000美元（約3.3萬人民幣）的罰款，或是向其他公司購買積(ji)分。
在我國，號稱史上最嚴的(de)國六排放標準(zhun)也已(yi)出(chu)爐，并且已(yi)有上海、山東、河北、陜西等省市宣布將提前實(shi)施。
要滿足(zu)國六排放標準(zhun)，汽(qi)車發動(dong)(dong)機(ji)(ji)技術和尾(wei)氣處理裝(zhuang)置(zhi)需進一步(bu)更新換代，成(cheng)本也會(hui)隨(sui)之(zhi)提升。例如柴油發動(dong)(dong)機(ji)(ji)就必須加裝(zhuang)高(gao)壓(ya)共軌系統，平均每套發動(dong)(dong)機(ji)(ji)成(cheng)本會(hui)增(zeng)加5000元以上，再加上其他尾(wei)氣處理裝(zhuang)置(zhi)的(de)升級，每輛車的(de)生(sheng)產(chan)成(cheng)本會(hui)增(zeng)加近萬元。
相比之下，氫燃(ran)料電(dian)池汽車的排放卻只有水，沒有其他任何(he)污染物質，不需要安裝燃(ran)油車上的諸多高成本的尾氣處理裝置，當然也(ye)無(wu)需繳納任何(he)排放稅、罰款。
▲豐田Mirai
不(bu)僅如此(ci)，汽車(che)巨頭(tou)豐(feng)田公司還另辟蹊(xi)徑，在美國用近乎于(yu)成本的(de)價格賣車(che)，利用氫燃(ran)料汽車(che)零排放(fang)的(de)特(te)點賺取大(da)量積分，再(zai)賣積分給其(qi)他(ta)車(che)企，以此(ci)獲得一(yi)筆收入。
2、續航長達1000公里 加氫僅需幾分鐘
雖然電(dian)動(dong)汽(qi)車也沒有任何(he)排放，但續(xu)航短、充(chong)電(dian)時間(jian)長(chang)兩(liang)大核心問題一(yi)直困(kun)擾著電(dian)動(dong)汽(qi)車的發展。而這兩(liang)個問題對于氫燃料汽(qi)車來說(shuo)，都是小菜一(yi)碟(die)。
目前(qian)已經(jing)實現(xian)量產的(de)氫(qing)(qing)燃料電池汽(qi)車豐田(tian)Mirai和(he)本田(tian)Clarity只需(xu)要三(san)分鐘即(ji)可加滿氫(qing)(qing)氣，并且(qie)兩(liang)者(zhe)的(de)續航里(li)(li)程(cheng)則分別能夠(gou)達到(dao)600公(gong)里(li)(li)和(he)750公(gong)里(li)(li)，而一些即(ji)將(jiang)面世的(de)車型(xing)還可能達到(dao)1000公(gong)里(li)(li)。
▲本田Clarity
相較(jiao)于目前(qian)電動車(che)企們“充電30分鐘，續(xu)航400公里”的宣(xuan)傳，氫(qing)燃(ran)料電池車(che)在(zai)續(xu)航和(he)加(jia)氫(qing)時間上，可(ke)以(yi)說還未起(qi)跑就已經(jing)獲(huo)勝。
背(bei)后的(de)(de)原(yuan)因在于氫氣高(gao)達143MJ/kg的(de)(de)質量能量密度。
若(ruo)要更直(zhi)觀地理解這個數據，可以換算成(cheng)電(dian)動車里常用(yong)的(de)(de)Wh/kg能量(liang)密度(du)單位。高能量(liang)密度(du)的(de)(de)三元鋰(li)電(dian)池電(dian)芯單體約為(wei)300Wh/kg，汽油(you)約為(wei)12000Wh/kg，而氫氣達到了40000Wh/kg，是汽油(you)的(de)(de)3.3倍、三元鋰(li)電(dian)池單體的(de)(de)133倍。
▲能量密度對比
換(huan)言之，要(yao)跑同樣的里(li)程（比如(ru)500公里(li)），電動車需(xu)要(yao)裝(zhuang)上數百公斤的電池(chi)包，燃油(you)車需(xu)要(yao)加(jia)幾十斤的汽油(you)，而氫燃料(liao)電池(chi)乘用車僅需(xu)加(jia)幾斤氫氣。
3、電池壽命7年以上 低溫性能滿足極寒地區使用
此外，氫燃(ran)料電池(chi)汽車還有(you)電池(chi)壽(shou)命長、低溫性能好的優勢。
燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)本質(zhi)是一(yi)個發電(dian)機，因(yin)此并不存在(zai)電(dian)池(chi)(chi)衰減問(wen)題。一(yi)般乘用車的燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)要求5000h以(yi)上的工作小時(shi)數，以(yi)平均每天2小時(shi)開車時(shi)間算，燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)可以(yi)工作7年，基本與燃(ran)油(you)車的發動(dong)機壽命相當。
國外部分先進(jin)的氫燃料電(dian)池，工作(zuo)時長可達10000h以(yi)(yi)上(shang)，可以(yi)(yi)用(yong)到車輛報(bao)廢。
另一(yi)(yi)方面，燃(ran)料電(dian)池(chi)低溫(wen)性能(neng)也很好(hao)，由于反(fan)應自身(shen)會放熱，電(dian)池(chi)一(yi)(yi)旦啟動后(hou)，電(dian)池(chi)堆棧的溫(wen)度(du)很快會穩定到80-90℃的工作溫(wen)度(du)范圍，同(tong)時其冷啟動溫(wen)度(du)可以(yi)達到-30℃，能(neng)滿足世界大部分極寒地區的需求。
三、現狀慘不忍睹 全球銷量不足1萬臺
整體(ti)來看，氫(qing)燃料電池汽車既有(you)(you)三(san)大(da)(da)獨(du)有(you)(you)優勢，又有(you)(you)國家、各地政府大(da)(da)力(li)扶(fu)持(chi)，理應能夠迅猛發展，甚至蓋過(guo)電動汽車的發展勢頭，但(dan)事實卻并非(fei)如此，甚至讓(rang)人大(da)(da)跌眼鏡。
據中(zhong)汽協數據，2018年燃料電池車(che)銷(xiao)量(liang)僅為(wei)(wei)1527輛(liang)，且全是商(shang)用車(che)，其(qi)中(zhong)客車(che)1418輛(liang)，貨車(che)109輛(liang)。而2018年全國商(shang)用車(che)總銷(xiao)量(liang)為(wei)(wei)437.1萬(wan)輛(liang)，燃料電池車(che)的滲透率不足萬(wan)分之(zhi)3。
▲2018年(nian)中國新能源(yuan)汽車銷量
在新能(neng)源車內部(bu)相比(bi)，2018年中國新能(neng)源汽(qi)車總銷量(liang)達(da)125.6萬(wan)輛(liang)，其中純電動汽(qi)車98.4萬(wan)輛(liang)，插混汽(qi)車27.1萬(wan)輛(liang)，氫燃(ran)料(liao)電池汽(qi)車占比(bi)不(bu)足0.12%，可謂是慘(can)不(bu)忍睹。
▲2016-2018年中國新能源(yuan)汽車銷量
從歷史數據來看，2016年(nian)(nian)-2018年(nian)(nian)，中國氫燃料(liao)汽車銷量(liang)(liang)分別為(wei)629輛、1272輛、1527輛。而(er)今年(nian)(nian)，作為(wei)氫燃料(liao)電(dian)池(chi)車發展提到新高度的一(yi)年(nian)(nian)，其3月(yue)份銷量(liang)(liang)僅為(wei)86輛，整個(ge)第一(yi)季度總計銷售(shou)273輛。
如(ru)果不考慮某月銷量(liang)大(da)爆(bao)發等特(te)殊(shu)情況（例如(ru)政(zheng)府(fu)大(da)單），今年總(zong)銷量(liang)也難有質的突破。
在車(che)東西看來(lai)，氫燃(ran)料汽車(che)發(fa)展緩(huan)慢的背后，是(shi)其(qi)面臨的技術研(yan)發(fa)困(kun)難、制氫成本高昂，以及用車(che)不便三大困(kun)境。
四、技術研發困境：兩大核心零部件技術研發難度大
1、高壓儲氫罐研發難度大
▲豐田70MPa高壓儲氫(qing)罐
上文提到，由于(yu)“氫氣(qi)很輕”，其質(zhi)量(liang)能量(liang)密度很大。但反過來說，如果從單(dan)位體積(ji)燃氣(qi)釋放的能量(liang)來看，氫氣(qi)的熱值(zhi)是(shi)常見燃料里最低的，僅(jin)為(wei)12.74MJ/Nm^3，是(shi)甲烷(wan)的1/3，汽(qi)油的1/10。
這就意味著，如果要釋放同樣的能量(liang)，汽車需要消耗巨量(liang)體(ti)積的氫(qing)氣，因而氫(qing)燃料電池車上都有高壓(ya)儲氫(qing)罐來壓(ya)縮儲存氫(qing)氣。
車載高壓儲(chu)氫罐一般可(ke)以儲(chu)存6kg左右(you)高壓氫氣，總體積在150L-200L上下，有些大(da)的儲(chu)氫罐甚至會(hui)擠(ji)壓車內空間，比(bi)如豐田Mirai的后排就只能乘坐兩人(ren)。
▲豐田Mirai結(jie)構示意圖(tu)
在儲氫(qing)罐體積(ji)只能減小不能增(zeng)大的情況下(xia)，儲氫(qing)壓力(li)成(cheng)為了重要的評價指標(biao)。同等(deng)體積(ji)下(xia)，儲氫(qing)壓力(li)升(sheng)高(gao)一倍(bei)，儲氫(qing)量會增(zeng)加50-70%，續航里程提升(sheng)50%，但是成(cheng)本會增(zeng)加近7倍(bei)。
目前中外儲(chu)氫罐技術差距主要集(ji)中在儲(chu)氫罐材質上，包括(kuo)內襯(chen)、纖維纏(chan)繞層和過渡層材料(liao)。
我(wo)國(guo)車載儲(chu)氫(qing)罐主流是金(jin)(jin)屬內膽纖維全纏繞氣(qi)瓶(Ⅲ型瓶)，內襯材(cai)料(liao)為金(jin)(jin)屬鋁，儲(chu)氫(qing)壓力(li)為35MPa，質(zhi)量儲(chu)氫(qing)密度(du)（氫(qing)氣(qi)占儲(chu)氫(qing)罐總質(zhi)量的比重）在(zai)3%左(zuo)右。
▲全復合纖維纏繞瓶（IV型瓶）
而日(ri)、美、韓的頭(tou)部企業已經(jing)量產了全(quan)復合纖維纏(chan)繞瓶（IV型瓶），內襯(chen)材(cai)料(liao)為(wei)塑料(liao)，有更好的氣密性(xing)、耐腐蝕性(xing)、耐高溫性(xing)，因此(ci)這種儲氫(qing)罐儲氫(qing)壓力(li)能達(da)到70MPa，質量儲氫(qing)密度在(zai)5.7%左右(you)。
但需要指出的是，兩種儲氫罐都面臨很大的安全問題。
內部來說(shuo)，儲(chu)氫壓力本身(shen)很高(gao)(gao)，無論是(shi)35MPa還是(shi)70MPa，都是(shi)一個很危險的壓力數(shu)值(zhi)。要知道，20MPa的水壓就可(ke)以(yi)用(yong)來切割(ge)石材了。其次，氫氣在(zai)高(gao)(gao)壓高(gao)(gao)溫(wen)（30MPa，300℃以(yi)上）環境下，還會發生“氫脆現(xian)象(xiang)”，腐蝕金屬，引起裂(lie)紋導(dao)致儲(chu)氫罐(guan)破裂(lie)。
外(wai)部來說，汽(qi)車行駛(shi)途中還可(ke)能發生碰(peng)撞事故，火災事故、浸水(shui)事故等極端情況(kuang)，讓原本(ben)就比較危險的(de)儲氫(qing)罐增加了破裂、泄露，甚至爆炸的(de)可(ke)能性(xing)。
由于以上三(san)個問題存在，兩種儲氫罐(guan)都采(cai)用了(le)(le)大量的(de)(de)碳纖(xian)維材料(liao)，同時(shi)，為(wei)避免“氫脆(cui)現(xian)象”發生(sheng)，金屬內膽儲氫罐(guan)還需額(e)外(wai)配(pei)備液冷系統，以控制(zhi)罐(guan)內溫(wen)度。綜合(he)下來，一個儲氫罐(guan)的(de)(de)成(cheng)本達到了(le)(le)6萬元以上。
另外(wai)，目前(qian)國內外(wai)采用(yong)的大都是氣態(tai)儲(chu)(chu)(chu)氫，如果要實(shi)現(xian)更大的儲(chu)(chu)(chu)氫量(liang)，需要發展(zhan)到低溫(wen)液態(tai)儲(chu)(chu)(chu)氫、高壓液態(tai)儲(chu)(chu)(chu)氫、有機液體儲(chu)(chu)(chu)氫等。
但液(ye)態(tai)氫(qing)的(de)密(mi)度更高，面臨的(de)爆炸(zha)、泄露風險也更大，同時還要耗費系統(tong)30%以上的(de)能量(liang)來維持液(ye)氫(qing)狀態(tai)，目前讓汽車裝(zhuang)載液(ye)氫(qing)可能得不償失。
2、氫燃料電池多項關鍵技術還未突破
▲本田氫燃料電池
正如前文所言，燃料(liao)電池(chi)是燃料(liao)電池(chi)車最(zui)核心(xin)、成本最(zui)高的零部件，其(qi)也(ye)有(you)質(zhi)子交換膜、鉑催化(hua)劑(ji)、雙極板三大部件需(xu)要突破(po)。
質子(zi)(zi)交換膜被稱為氫燃(ran)料(liao)(liao)電池的心臟，它處于燃(ran)料(liao)(liao)電池正(zheng)負極板(ban)的中(zhong)間(jian)，起(qi)到了(le)隔(ge)(ge)離(li)其他離(li)子(zi)(zi)，僅允(yun)許質子(zi)(zi)通過的功能(neng)(neng)，同時還(huan)要(yao)隔(ge)(ge)離(li)兩極反應氣體，支撐兩側(ce)催(cui)化劑層(ceng)，性能(neng)(neng)要(yao)求(qiu)非常(chang)高(gao)。
如(ru)此重要(yao)的(de)電(dian)池(chi)“心(xin)臟”，卻一(yi)直被握(wo)在國外公司手心(xin)里，我(wo)國研發氫(qing)燃料電(dian)池(chi)的(de)核心(xin)材(cai)料幾乎全靠進口。
質子交換膜(mo)技術從上世紀60年代起就被美國杜(du)邦(bang)公司壟斷，杜(du)邦(bang)膜(mo)的價格約(yue)為(wei) 120 美元(yuan)(yuan)/kW，我(wo)國常用的燃料(liao)電(dian)池(chi)功(gong)率(lv)為(wei)35-50kW，以(yi)50kW燃料(liao)電(dian)池(chi)計算，一套(tao)燃料(liao)電(dian)池(chi)里，僅(jin)質子交換膜(mo)的成本就高達4萬元(yuan)(yuan)人民幣。
▲燃料(liao)電池結(jie)構示意(yi)圖
質(zhi)子交換膜的(de)兩側(ce)是鉑（Pt）催化劑(ji)，氫氣(qi)通到陽(yang)極板后，在鉑催化劑(ji)的(de)作用下(xia)，失(shi)去電(dian)子變成質(zhi)子，再通過質(zhi)子交換膜與另一側(ce)的(de)氧原(yuan)子結合生產水。
難(nan)點在于(yu)催(cui)化(hua)劑(ji)只能用鉑(bo)，而鉑(bo)的(de)(de)價格非常(chang)昂貴，均價約200元(yuan)(yuan)/克(ke)，使用100克(ke)鉑(bo)的(de)(de)情況(kuang)下，一(yi)套氫燃料(liao)電(dian)池所用鉑(bo)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)(de)成本近2萬元(yuan)(yuan)。因此，降(jiang)低催(cui)化(hua)劑(ji)中鉑(bo)的(de)(de)使用量，是降(jiang)低電(dian)池成本的(de)(de)一(yi)大關(guan)鍵手(shou)段。
而目前，我國的低鉑催化劑技術(shu)尚處于實驗研發階段，離(li)規(gui)模量產(chan)還(huan)有很長的距離(li)。
▲雙極板
除此之(zhi)外，作(zuo)為(wei)燃料電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的“骨(gu)架”，雙(shuang)極(ji)板(ban)的工(gong)藝(yi)水平仍待突(tu)破。雙(shuang)極(ji)板(ban)（Bipolar Plate，BP）又叫(jiao)流場板(ban)，與膜(mo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)層疊裝配成電(dian)(dian)(dian)堆，在燃料電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)起到(dao)支(zhi)撐、收集電(dian)(dian)(dian)流、為(wei)冷卻液提供通(tong)道等作(zuo)用(yong)，其質量好壞直接(jie)決定了電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)輸出功率和(he)使(shi)用(yong)壽(shou)命。
雙(shuang)極板的三種材(cai)質中，石墨板和復(fu)合板的技(ji)術已相對成(cheng)熟，而金屬板因(yin)為能大幅提高(gao)電(dian)(dian)池(chi)(chi)輸出功率，近年來(lai)成(cheng)為了燃料電(dian)(dian)池(chi)(chi)的一大突破方(fang)向，仍待解(jie)決(jue)掉問題是金屬板在電(dian)(dian)池(chi)(chi)環境下易受腐蝕，導(dao)致電(dian)(dian)池(chi)(chi)壽(shou)命較短。
在(zai)燃料(liao)電(dian)池的零部(bu)件上，還(huan)有(you)膜電(dian)極、膜加濕器、氫氣循環泵等關鍵技術有(you)待(dai)突破，篇幅有(you)限，不再一(yi)一(yi)贅述。
3、零部件國產化程度低
一位(wei)氫燃(ran)料電(dian)池(chi)產業(ye)(ye)從業(ye)(ye)者告訴車(che)東(dong)西，中國燃(ran)料電(dian)池(chi)產業(ye)(ye)在質子交換膜技(ji)術等核(he)心(xin)技(ji)術層面與國外差距較大，進而產生了產業(ye)(ye)鏈(lian)配(pei)套難(nan)、產品價(jia)格高等問(wen)題。
據了解，我國(guo)目(mu)前70%的(de)燃料電池零部件都(dou)依(yi)賴(lai)進口，許多關(guan)鍵技術(shu)要付(fu)大(da)量專利費(fei)給(gei)國(guo)外公司，因此燃料電池的(de)生產(chan)成本十(shi)分高昂。
2018年，我(wo)國(guo)燃料電池(chi)的實際生產成(cheng)本約為740美元(yuan)/kW，以功率為50kW的燃料電池(chi)來算，一套電池(chi)成(cheng)本高達25萬(wan)元(yuan)，而要達到國(guo)外常用的80kW功率，一套電池(chi)成(cheng)本接(jie)近40萬(wan)元(yuan)。
如果(guo)能夠(gou)實(shi)現核心零部件(jian)、關鍵技術(shu)的(de)國產(chan)化，并進(jin)行大規模量產(chan)，燃料電池的(de)成本(ben)是有望降低到可(ke)接受的(de)程度的(de)。
▲美國能源部測算(suan)的質子交換膜成本下降曲線
根據美國能源部（DOE）的(de)(de)測算(suan)，如(ru)果未(wei)來(lai)(lai)能達到(dao)50萬套的(de)(de)批量化生產(chan)規(gui)模，燃料電(dian)(dian)池(chi)生產(chan)成本(ben)可(ke)下(xia)探到(dao)30-40美元(yuan)/kW，以(yi)80kW的(de)(de)氫燃料電(dian)(dian)池(chi)來(lai)(lai)算(suan)，一套燃料電(dian)(dian)池(chi)成本(ben)僅(jin)2萬5千(qian)元(yuan)。
五、制氫成本困境和用車困境
▲制氫工廠
1、規模制氫成本高
除(chu)整車(che)和零部(bu)件的(de)(de)研發以(yi)外，氫氣作為(wei)氫燃料(liao)電(dian)池汽車(che)的(de)(de)能源，雖然(ran)來源豐富，但要低成(cheng)本地大(da)量制取(qu)也十(shi)分(fen)困難，一定程度上(shang)制約了(le)氫燃料(liao)電(dian)池汽車(che)的(de)(de)發展。
據相關研(yan)究，目前我國工業規模化制取氫氣，主要有以下5種方式：
▲5種制氫方式
其中，氯(lv)堿工業副產(chan)氫(qing)(qing)成(cheng)本(ben)相(xiang)對較低，加上氣氫(qing)(qing)拖車運輸(shu)的費(fei)用，氫(qing)(qing)氣的成(cheng)本(ben)在20-30元(yuan)/kg左(zuo)右(you)。
但這(zhe)種方式制(zhi)取(qu)的(de)氫(qing)氣純度(du)不(bu)高，其(qi)本(ben)身(shen)是(shi)制(zhi)取(qu)燒(shao)堿和氯氣的(de)工藝，反(fan)應過(guo)程中(zhong)(zhong)生成的(de)大(da)量氫(qing)氣被(bei)直接排放到了空氣中(zhong)(zhong)。收集這(zhe)部(bu)分氫(qing)氣雖然成本(ben)低，但有(you)大(da)量其(qi)他氣體(ti)混雜(za)其(qi)中(zhong)(zhong)，導(dao)致制(zhi)取(qu)的(de)氫(qing)氣純度(du)不(bu)夠，難以滿足氫(qing)燃(ran)料電池的(de)要求。
而化工原(yuan)料(liao)制(zhi)(zhi)氫(qing)、石化資源制(zhi)(zhi)氫(qing)兩(liang)種方式(shi)，都有很大的(de)工廠排(pai)放(fang)，與氫(qing)燃料(liao)電(dian)池(chi)車的(de)零排(pai)放(fang)理念相悖，并且制(zhi)(zhi)成的(de)氫(qing)氣需要脫硫、脫硝(xiao)，成本也不(bu)低，不(bu)是未來(lai)長久的(de)制(zhi)(zhi)氫(qing)方式(shi)。
目前(qian)，以(yi)水(shui)為原料的水(shui)電(dian)(dian)(dian)解制氫(qing)最被(bei)看好，其原理簡(jian)單，工(gong)藝成熟，也完全(quan)清(qing)潔。但(dan)由于工(gong)業用(yong)電(dian)(dian)(dian)價格非常高(gao)，一度電(dian)(dian)(dian)在0.86-1.8元(yuan)左右，電(dian)(dian)(dian)解水(shui)的成本也遠高(gao)于其他制氫(qing)方式，達到了60-80元(yuan)/kg以(yi)上。
同(tong)時，制取出(chu)的氫(qing)氣(qi)還要經過(guo)二級壓縮(suo)(suo)，一級壓縮(suo)(suo)到(dao)12.5MPa，二級壓縮(suo)(suo)到(dao)35MPa，以滿足氫(qing)氣(qi)的加注。另外，運輸成本、設(she)備折舊(jiu)成本、工廠電力設(she)施建設(she)成本等，進一步(bu)提(ti)高了電解水(shui)制氫(qing)的總成本。
除開上述傳統的制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)方式，近年也有(you)些新制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)方式，比如膜分(fen)離制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)、生物(wu)質制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)、合氫(qing)(qing)物(wu)質制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)等，各有(you)優勢，但都面臨技(ji)術不(bu)成(cheng)(cheng)熟(shu)，制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)成(cheng)(cheng)本高(gao)、制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)純度低、規模(mo)小等問題，暫無(wu)法成(cheng)(cheng)為大規模(mo)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)主力。
2、用車成本高 加氫不方便
消費者選購汽(qi)車時，日常(chang)使(shi)用(yong)的成本是一大重要因(yin)素(su)，氫燃料電池(chi)汽(qi)車在這方面非(fei)常(chang)劣勢。
因為氫氣制取(qu)成本很高(gao)，導致加(jia)氫價格非(fei)常昂貴(gui)。據了解，在有國家補貼的(de)情況下(xia)，加(jia)氫的(de)平(ping)均價格仍在60元/kg以上，氫燃料電池(chi)車(che)的(de)實(shi)際(ji)使(shi)用價格近每(mei)公里1-3塊錢，與燃油車(che)使(shi)用成本相當，遠高(gao)于電動汽車(che)。
使(shi)用價(jia)格高的同時，加氫(qing)站(zhan)的數(shu)量還少得可憐。據媒體報道(dao)，截止2018年底，我國已運行加氫(qing)站(zhan)數(shu)量為23個(ge)(ge)，其中(zhong)佛(fo)山4個(ge)(ge)，上海(hai)3個(ge)(ge)，北京(jing)、深圳、武漢、成都(dou)等(deng)城市均只有(you)一個(ge)(ge)。
國(guo)內加氫站數量如此(ci)稀少，跟(gen)它的建設(she)成本高(gao)達(da)1500萬/座，而收益幾乎為零有關。
一位氫(qing)燃料電(dian)池產業從(cong)業者告訴(su)車東西，加(jia)氫(qing)站(zhan)建設(she)速度(du)滯后的原(yuan)因還在于加(jia)氫(qing)站(zhan)基礎設(she)施的相關標準、政策、規范以及(ji)歸口管(guan)理單位不明(ming)確，進(jin)而制(zhi)約(yue)了氫(qing)燃料電(dian)池汽車的推廣(guang)發展。
▲加氫站
用車(che)(che)不(bu)便只是后(hou)話，由于(yu)氫燃料電池(chi)車(che)(che)的生產、研發(fa)成本(ben)非(fei)常(chang)高，導致整(zheng)車(che)(che)的售(shou)(shou)價也居高不(bu)下。就已規模化量產的三款車(che)(che)來說(shuo)，本(ben)田Clarity售(shou)(shou)價39萬，本(ben)田Mirai售(shou)(shou)價45萬，現代ix35 FCV售(shou)(shou)價80萬。
而(er)對于那(nei)些還未量產(chan)的(de)燃(ran)料電(dian)池車(che)來說，價格就更高了，基本都(dou)在100萬(wan)以上，因此我(wo)國賣(mai)出的(de)氫燃(ran)料車(che)大都(dou)是帶(dai)有試驗性(xing)質、示范性(xing)質的(de)大巴、公交(jiao)、物流車(che)。
▲上(shang)汽(qi)大通(tong)FCV80氫(qing)燃(ran)料電池(chi)客車
最后來講，雖然加氫過程只(zhi)需(xu)要幾分鐘，但加氫前的檢查、靜電釋放流程卻(que)要10-20分鐘。
加氫(qing)前，車(che)要開到待檢區(qu)，工作人員(yuan)會全面檢查車(che)的外(wai)觀、儲(chu)氫(qing)罐、車(che)身溫度(du)，經過測漏儀的監測后，再全方位地釋(shi)放車(che)內靜(jing)電，隨(sui)后才(cai)能開到加氫(qing)區(qu)加注氫(qing)氣(qi)。
在不考慮(lv)排隊的情況(kuang)下(xia)，加一次氫(qing)氣(qi)還是需(xu)要半(ban)小時(shi)以上。而這一過程中(zhong)，手機需(xu)要關機或寄存在服務臺，可(ke)以想(xiang)象，這對消費者(zhe)來說是多大的痛苦(ku)。
此外(wai)，上述從(cong)業者還(huan)表示，氫(qing)燃料(liao)電(dian)池(chi)汽車還(huan)面臨(lin)市(shi)場(chang)教(jiao)育不足，消(xiao)費者對氫(qing)燃料(liao)電(dian)池(chi)汽車有(you)不夠了解的情況(kuang)，例(li)如有(you)些(xie)人對其(qi)安全性存疑。
六、結語：氫燃料電池車在曲折中前行
如今，不可再生的化石(shi)燃(ran)(ran)料(liao)越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)少(shao)，同(tong)時全球對化石(shi)燃(ran)(ran)料(liao)的需求卻越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)大，在電動汽車銷(xiao)量(liang)迅速增(zeng)長，油(you)耗、排放法規日益嚴格的情況下，全球化石(shi)燃(ran)(ran)料(liao)的總使用量(liang)不降反升。
也就是說(shuo)，如今電動(dong)汽車的(de)(de)(de)增長、可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)比例的(de)(de)(de)增長，僅抵消了人口和經(jing)濟增長所增加的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)需求(qiu)。如果要進一步(bu)緩解全球能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)短缺的(de)(de)(de)現狀，必須有更多的(de)(de)(de)新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)汽車與可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)扛起重任，而氫燃料電池汽車與氫能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)就是中國(guo)政府選擇的(de)(de)(de)方向。
中國(guo)政府選擇氫燃料電池(chi)汽(qi)車(che)作為(wei)國(guo)家戰(zhan)略發展目標，是(shi)因(yin)為(wei)其(qi)零(ling)排放(fang)、續航(hang)長、加氫快、低溫性能好等優勢，完全克服了(le)燃油(you)車(che)和電動汽(qi)車(che)的相(xiang)應缺點，具(ju)有(you)巨大的發展潛力，也被認為(wei)是(shi)新(xin)能源汽(qi)車(che)的終極發展方向。
對此，中(zhong)央與地(di)方政(zheng)府出臺(tai)了一(yi)系列扶(fu)持政(zheng)策，鼓勵氫(qing)燃料電(dian)池汽車的(de)發(fa)展，不(bu)僅對氫(qing)燃料電(dian)池車、加氫(qing)站進(jin)行了力度(du)十足的(de)補貼，還積極推動科研院所、車企、供應商、能源企業多方合作，形成產業配(pei)套。
同時，科(ke)研院所如(ru)清華、同濟、中(zhong)科(ke)大，車企如(ru)長城、上汽(qi)、宇通、福田(tian)，供應商如(ru)國(guo)鴻氫能、億華通、氫璞創能、大洋電機等紛(fen)紛(fen)入局，在全國(guo)多地形(xing)成(cheng)了氫產業(ye)集群(qun)。
但尷(gan)尬的(de)是，氫燃(ran)料(liao)電池(chi)汽車卻因為(wei)技(ji)術研發難(nan)度非(fei)常大，核心零部件國產化程度低，同(tong)時規(gui)模制氫成本非(fei)常高、購車門(men)檻(jian)高、用車不方便(bian)等(deng)問題一直沒(mei)發展起來(lai)，近幾年的(de)銷量都十(shi)分(fen)慘淡(dan)。
不(bu)過，現在情況正變得越來越好。
據報(bao)道，目前(qian)國內已有(you)企業成(cheng)功研發(fa)了燃料電(dian)池質(zhi)子交(jiao)換膜，解決了氫燃料電(dian)池核心零部件(jian)的供給(gei)問題，而多家企業正在(zai)研發(fa)的70MPa儲氫罐也(ye)即將具(ju)備量產的能力。
另有(you)北京大學(xue)(xue)、中國科(ke)(ke)技大學(xue)(xue)的(de)科(ke)(ke)研團隊，分別研發出了不使用(yong)鉑(bo)的(de)燃料(liao)電池催(cui)化(hua)劑，極大降(jiang)低了成本的(de)同時有(you)效提(ti)升(sheng)了催(cui)化(hua)劑活性。
“現(xian)在(zai)(zai)氫(qing)燃(ran)料電(dian)池汽車(che)面臨的問題(ti)正在(zai)(zai)變(bian)得越來越好，政策(ce)越來越明晰(xi)，產業(ye)鏈企業(ye)實力大幅提升，地方政府積極(ji)性(xing)越來越高(gao)。同時，氫(qing)燃(ran)料電(dian)池汽車(che)的市(shi)場認可度也在(zai)(zai)提升，推廣步(bu)伐在(zai)(zai)加快，產業(ye)態(tai)勢正在(zai)(zai)步(bu)入一個(ge)良性(xing)循(xun)環(huan)。”上述(shu)氫(qing)燃(ran)料電(dian)池產業(ye)從業(ye)者這樣向(xiang)車(che)東西(xi)總結道。
