氢燃料动力电池车：加速推广呼之欲出

今年二月，我国氢能源及燃料动力锂电池产业创新战略联盟在北京成立。业内人士指出，这一跨学科、跨行业、跨部门的国家级氢能产业联盟的成立，预示着我国氢能及燃料动力锂电池产业开始进入规范与加速发展新时期。氢燃料动力锂电池在汽车能源和航天能源领域都体现了良好的适用性。在加注氢气后，氢燃料动力锂电池车利用车上的燃料动力锂电池堆发生电化学反应，为汽车供应电力驱动。国际上，日本、韩国、美国和欧洲走在氢燃料动力锂电池产业前列，日本见证了第一辆氢燃料动力锂电池车的商业化运营，也是世界上拥有加氢站数量最多的国家。随着政策大力推动产业发展，有机构预测我国燃料动力锂电池车保有量将在15年内超过200万辆，成为世界最大燃料动力锂电池车市场，同时迎来技术、设施、市场等方面的突破。

●本报记者马明轩

在日前举办的北京国际汽车展览会上，现代的一款小型SUV汽车NEXO在品牌展台中间分外显眼。不仅是因为它银灰色的前卫外形和“太空吊舱”的设计，而且还因在其旁边展出的氢燃料动力锂电池堆。以氢燃料驱动的NEXO汽车能够真正实现“零排放”，最长续航达805千米，加氢时间仅需5分钟。

感兴趣者一旦问起价格和发售时间，却会被告知“不在我国出售”。当前我国仅有的7座加氢站全部没有投入商业运营，燃料动力锂电池车也以商用车为主。就全世界范围而言，市场上能买到的燃料动力锂电池乘用车仅有3款，分别为丰田Mirai、本田Clarity和现代ix35FC，其中Mirai汽车销量占比超过75%。

不过这一现状很快将成为历史。2017年，全球氢燃料动力锂电池车销量为3260辆，这个微乎其微的数字，已经比上年上升了40%。有机构预计，在燃料动力锂电池车快速发展的势头下，全球燃料动力锂电池车保有量将在15年内突破500万辆大关。我国也将成为全球燃料动力锂电池汽车的最大市场。

氢燃料动力锂电池由来已久，成新能源车领域黑马

我国研发燃料动力锂电池已有40余年，对氢燃料动力锂电池车的研究已有20个年头。氢燃料动力锂电池车使用氢元素制成燃料动力锂电池，为汽车供应动力。燃料动力锂电池利用氢气和氧气发生电化学反应，氢气会失去电子成为离子态，燃料动力锂电池通过离子膜挡住电子，只让离子通过，这时电池形成正、负极，连接上导线就会形成电流。假如把燃料动力锂电池连在电动机上，就可以驱动电动机。

世界氢燃料动力锂电池车的发展到现在，经历了三个发展阶段。第一阶段是1990～2005年。1990年美国能源信息署开始推出氢能和燃料动力锂电池研发和示范项目，世界发达国家和地区纷纷加紧氢能与燃料动力锂电池的研发部署，但当时人们对研发难度的预估不足，经过路测却发现燃料动力锂电池不适用于当时汽车的工况。

第二阶段是2005～2012年。人们用7年时间终于解决了燃料动力锂电池的工况适应性问题，燃料动力锂电池比功率达到了2千瓦/升，在零下30摄氏度也能储存和启动，基本上满足了车用要求。

第三阶段是2012年至今，丰田燃料动力锂电池比功率达到了3.1千瓦/升，并在2014年十二月十五日宣布，“未来（Mirai）”氢燃料动力锂电池车实现商业化，进入商业推广阶段，其后，本田与现代也推出了燃料动力锂电池商业化车。因此，从商业化角度，有人把2015年誉为燃料动力锂电池汽车的元年。

3年来，氢燃料动力锂电池车的发展势如破竹。在日前召开的2018燃料动力锂电池与氢能产业峰会上，势银智库指出，2017年全球燃料动力锂电池车销量由上年的2312辆快速增至3260辆，当前占新能源乘用车销量的0.27%。

下一个革命性能源产品，与电动汽车差异大

氢燃料动力锂电池车与纯电动汽车相比，其驱动装置虽然同为“电池”，但燃料动力锂电池的工作方式与纯电动汽车的干电池不同。燃料动力锂电池是能量转化系统，通过供给氢气和空气，发生电化学反应后排出产物水，因此，氢燃料动力锂电池是内燃机式的发电装置。

此外，在电池质量密度上，氢燃料动力锂电池与传统电池的差异也十分明显。质量密度就是电池平均单位质量所释放出的电能，锂离子电池的理论上限是300瓦时/千克，预计2020年锂离子电池的质量密度可提升至350瓦时/千克。但是氢燃料当前已经做到全系统600瓦时/千克，理论上限是1万～2万瓦时/千克，还有很大提升空间。

近来，电动汽车全生命周期的环保性受质疑。由于电动汽车发电的来源较为广泛，我国使用燃煤电站进行发电仍是主流，燃烧化石能源释放氮化物、硫化物、碳氧化物及PM颗粒物。我国石油经济技术研究院的报告指出，考虑到火电占我国全部发电量的72.2%，同时考虑到燃煤发电站效率及电力输送损失率，一辆全生命周期（按照行驶60万千米计算）的纯电动汽车的PM颗粒物排放量为0.38吨，而传统汽油轿车的排放量为0.16吨，天然气汽车排放量为0.13吨。纯电动汽车的PM颗粒物排放量超过燃油车的一倍以上。

相比之下，氢气作为清洁能源有很高的热效能，燃烧之后的唯一产物是水，没有任何污染，真正实现“零排放”。氢气的来源也非常广泛，除最常见的电解水制氢外，还有光伏制氢、风电制氢、可再生能源制氢等方式。

欧美布局前景光明，日韩技术遥遥领先

当前，全球加氢站数量约为400座。2017年，以壳牌为首的能源公司率先开展光伏制氢和风电制氢在美国加利福尼亚州及其周边的商业化应用。据安思卓新能源统计，截至目前，美国共有加氢站65座，其中加利福尼亚州44座、夏威夷州4座、俄亥俄州3座。

日本的加氢站已经达到101座，该国也是氢燃料动力锂电池汽车申请专利最多的国家。作为氢能源技术水平最高的国家，日本将在2020年东京奥运会上展示“氢社会”的前景。届时，日本氢燃料动力锂电池乘用车保有量可达6000辆，是当前的3倍。

发达国家对燃料动力锂电池车的规划显示出光明前景。氢云研究院的报告显示，2020～2025年，欧盟、日本、美国的燃料动力锂电池车存量陆续达到百万辆级别。欧盟规划，2020年氢燃料家用车比例达5%，2040年氢燃料家用车比例要达到35%；美国规划2020年燃料动力锂电池汽车产量达到20万台/年，2025年升至30万台/年；日本计划2025年燃料动力锂电池汽车保有量达到20万辆，加氢站达320座，2030年燃料动力锂电池汽车保有量要达到80万辆。

我国或成燃料动力锂电池车最大市场，仍需打破成本桎梏

势银智库指出，全球燃料动力锂电池车市场广阔，2032年将由目前的不足一万辆，突破500万辆大关。根据《我国氢能产业基础设施发展蓝皮书》，我国燃料动力锂电池汽车将在2020年突破1万辆，2025年突破10万辆，2030年达到200万辆级别。届时，我国将成为全球燃料动力锂电池车最大市场。氢云研究院预测，2020年我国燃料动力锂电池商用车保有量可达3.6万辆，日加氢需求可由当前的8吨上升至272吨。

不过，在燃料动力锂电池汽车的动力系统占整车成本达到50%的情况下，燃料动力锂电池汽车的成本与燃油车难以匹敌。势银智库测算，要与燃油车达到成本竞争优势，燃料动力锂电池汽车的单位成本至少要降低至50美元/千瓦，而目前在国内生产的成本高达1000美元/千瓦，前路漫漫。

打破成本桎梏，或可通过燃料动力锂电池的规模化效应和技术进步实现。美国能源部测算，在现有技术下，假如实现每年50万套燃料动力锂电池动力系统的生产，每套动力系统的单位成本可降至53美元/千瓦的水平，与燃油车成本基本持平。此外，催化剂用量下降、质子交换膜和双极板等材料改进，也将实现成本下降。