新紀元的到來 聊聊燃料電池汽車那些事

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燃料電池技術不是一項新技術，它的基本原理是19世紀（查成交價|參配|優惠政策）末由科學家發現的，20世紀（查成交價|參配|優惠政策）60年代末被應用于汽車。當時，燃料電池汽車的性能和制造成本無法與當時裝有汽油發動機的汽車相比。隨著燃料電池技術的不斷完善和汽車廠商對燃料電池汽車研發的不斷投入，終于在2021年量產并投放市場了兩款燃料電池車型，分別是現代途勝FCV和豐田Mirai（查成交價|參配|優惠政策）未來組合。以上兩款車型的量產，確實把人們帶入了燃料電池汽車的新時代。本文將介紹燃料電池汽車的發展和現狀，希望大家對這個新事物有更深的了解。

● 2021年是燃料電池汽車量產的第一年。

2021年6月10日，量產的現代途勝FCV正式登陸加州市場。該車型通過租賃方式出租，月租金為499美元。該車于今年5月在英國上市，售價為53105英鎊，減去15000英鎊的政府補貼。用戶只需38，105英鎊就能購買一輛現代途勝FCV燃料電池汽車。

豐田Mirai未來組合于2021年12月15日上市，試圖復制豐田普銳斯（查成交價|參配|優惠政策）的成功。Mirai未來組合在日語中的意思是“未來”。豐田放在Mirai未來組合車型上的是它對新能源汽車未來的愿景。豐田在混合動力汽車市場取得了一些成功，它希望利用Mirai未來組合車型開發燃料電池汽車的新藍海。

與現代途勝FCV相比，豐田Mirai未來組合在動力性能和續航里程上有一定優勢。兩車動力系統的輸出功率已經達到甚至超越了1.8升自然吸氣汽油機的水平，400多公里的續航里程讓兩車具有很好的實用性。

●量產燃料電池汽車的結構

以豐田Mirai未來組合為例，簡要介紹燃料電池汽車的結構。豐田Mirai未來組合是氫燃料。在燃料電池中，氫氣在催化劑的作用下與氧氣反應產生電能?！叭紵焙蟮臍錃鈺兂伤?，反應過程理論上無污染。豐田Mirai未來組合的氫燃料儲存在碳纖維制成的高壓儲氫罐中，分別位于底盤的中部和后部，總體積為122.4升，充一次氫大約需要3分鐘。

燃料電池位于前排座椅下方。燃料產生的電能直接驅動位于發動機艙內的電機。電機能量回收獲得的電能將通過動力控制單元儲存在車輛后部的動力電池中。

下面的視頻展示了底盤和電池系統的安裝，這是豐田Mirai未來組合裝配過程中最關鍵的部分。我推薦你看。

●豐田Mirai未來組合底盤和電池系統的安裝過程

更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。

要查看更多關于豐田Mirai未來組合制造流程的視頻，請點擊以下超鏈接查看:裝配線概述和零件選擇、車輛附件流程展示、最終裝配流程展示、質量控制和質量檢驗展示。

●一種通過供應氫氣和氧氣來發電的神奇裝置。

只要向燃料電池持續供應氫氣和氧氣，就可以持續獲得電能，其產物理論上是完全無污染的水。從豐田Mirai未來組合的身上，我們似乎可以窺見“只有藍天，沒有霧霾”的未來環境社會場景。你可能不知道的是，燃料電池技術的基本原理是在19世紀末被發現的。

上述裝置①為氣體電極電池，裝置②為電解水裝置。實驗裝置是為了驗證氣體電極電池產生電能。陰極和陽極上的具體化學反應方程式如上圖所示。氣體電極電池的工作原理為燃料電池的誕生奠定了理論基礎。

目前最新的燃料電池車大多采用質子交換膜燃料電池，結構圖見上圖。圖中陽極是氫燃料被氧化的地方，陰極是氧化劑被還原的地方。兩極均含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為電解質將氫離子傳導至陰極。雖然質子交換膜燃料電池技術比威廉·羅伯特·格羅夫的氣體電極電池晚出現一百多年，但其內部化學反應原理是一致的。

我不認為大多數消費者想拆開他們的燃料電池汽車的燃料電池來看看它們在里面是如何工作的。對于普通消費者來說，我們只需要知道燃料電池汽車的燃料電池所需要的燃料是氫氣和氧氣，發電的產物是無污染的水。

●燃料電池技術的實際應用

20世紀50年代，通用電氣公司贊助了PEMFC質子交換膜燃料電池的研究。20世紀60年代，在NASA、使用壽命長、噪音低、室溫啟動等諸多優點，為該技術在汽車上的應用鋪平了道路。

此后，豐田、本田、通用等汽車廠商用以展示技術實力的燃料電池汽車產品雨后春筍般涌現。1995年，美國《時代》雜志將燃料電池汽車列為21世紀十大高科技。日本、德國等發達國家開始大力投資發展燃料電池技術。這種完全零排放的燃料電池技術，對于各大汽車廠商來說，是一片極具潛力的工業藍海。

對于燃料電池的自主研發，豐田起步早于戴姆勒-奔馳。豐田從1992年開始研究燃料電池，這個研究項目幾乎與豐田普銳斯混合動力汽車項目同時啟動。

經過六年多的量產，豐田Mirai未來組合于2021年12月15日正式在日本上市。為了提振日本經濟，現任日本首相安倍晉三大力支持燃料電池汽車和燃料電池產業，并加大對這些產業的補貼力度。

十幾年前，一輛燃料電池汽車的成本接近1.2億日元，但現在豐田Mirai未來組合僅花費723.6萬日元，不包括225.3萬日元的政府補貼和稅收減免，用戶只需支付498.3萬日元就能駕駛完全零排放的豐田Mirai未來組合回家。

豐田開放燃料電池專利后，不僅讓免費使用專利的企業受益，也讓豐田受益。通過開放專利，豐田將能夠把對燃料電池汽車領域感興趣的企業帶入自己的陣營，壯大自己的力量，共同擴大市場。其次，當其他公司使用豐田的專利制造自己的燃料電池汽車時，當有一天豐田的技術升級了，但技術沒有開放時，那些原本使用免費專利的公司只能從豐田購買專利來升級產品。再次，通過開放專利，更多企業沿著豐田燃料電池技術路徑開發燃料電池汽車產品，使得采用其他技術路線的企業孤立無援，最終失去競爭力。

除了上面提到的幾款車型，其他廠商的燃料電池汽車產品大多處于試驗階段，暫時沒有量產上市的消息。

●燃料電池汽車的優勢尚未充分體現。

燃料電池汽車零排放無污染，可以說是環保汽車的終極形態。但目前其燃料的規?；h保技術還不是很成熟。傳統的制氫工藝是通過電解水獲得氫氣。但是，如果用來電解水的電能來自燒煤發電，就會有碳排放，燃料電池汽車就失去了存在的意義。

此外，基礎設施建設也是燃料電池汽車發展的障礙。沒有人會買一輛沒地方加油的車。因此，基礎設施建設和制氫技術對燃料電池汽車的普及有著至關重要的影響。

與現在市場上成熟的混合動力汽車相比，燃料電池汽車的使用環境并不成熟，其優勢也沒有得到充分體現。目前，混合動力汽車和純電動汽車將是市場的主流。燃料電池汽車、混合動力汽車和純電動汽車的優缺點如下圖所示:

在中國，充電樁和氫加氣站的不完善極大地限制了我國純電動汽車和燃料電池汽車的發展。作為大力倡導建設氫能社會的日本，積極發展可再生資源制氫技術，加大氫加氣站基礎設施建設，已成為拉動日本經濟、促進產業升級的重要方向。

●強強聯合的模式

面對豐田Mirai未來組合燃料電池汽車掀起的燃料電池汽車量產浪潮，各大廠商如何能坐視不理，尋求合作伙伴共同發展，確保自己在燃料電池汽車技術領域不至于落后太多？

這種強強聯合、團隊競爭的格局，也將加速燃料電池汽車的量產和普及進程。其實研究燃料電池汽車的車企遠不止上述這些，但凡是有點實力的廠商都涉足燃料電池領域。不同的是，并不是所有的廠商都能把研發成果延伸到量產產品上。

●燃料電池汽車的發展受到質疑。

事物的發展總是波浪式前進，螺旋式上升。與傳統的內燃機汽車相比，燃料電池汽車是一個新事物。它顛覆了汽車的傳統動力源，自來到這個世界就受到了各行各業的質疑。

奧迪公司首席執行官馬丁·溫特科恩和特斯拉首席執行官埃隆·馬斯克都質疑豐田Mirai未來組合燃料電池汽車的經濟可行性和環境安全性。他們認為豐田在混合動力/插電式混合動力汽車市場發展良好，在一項經濟可行性尚未得到驗證的技術上投入過多資源，會削弱其核心競爭力。

豐田汽車公司現任總裁豐田章男不相信這個問題。他認為，混合動力/插電式混合動力汽車和燃料電池汽車有空共同發展的空間。17年前，業界對豐田普銳斯提出了很多質疑。然而，17年后，普銳斯銷量700萬輛，是汽車百年歷史上唯一的車型，也是最環保的車型。豐田普銳斯可以成功，豐田Mirai未來組合有機會成功！

豐田的堅持和執著，加上當前日本政府對燃料電池汽車及相關產業的大力支持，為燃料電池汽車在日本的普及鋪平了道路。日本將成為世界上最早普及燃料電池汽車的國家之一。

●中國的燃料電池汽車

上世紀末，上海李紳科技公司和大連新源動力公司承擔了“九五”國家重點863科技攻關計劃“質子交換膜燃料電池動力系統”的研發，并獲得多項專利技術，為同濟、清華大學研制的燃料電池汽車提供燃料電池動力系統。

從數據來看，我國燃料電池汽車的研發實際上開展的比較早。一些車企也與大學合作制造了一些展示車，包括轎車和公交車，但最終形成量產產品的車型并不多。大部分展示車只是作為大型會議的嘉賓接車，受歡迎程度比較低。這與國內基礎設施和政策導向有關。

總結:在新能源汽車行業，豐田Mirai未來組合和現代圖森FCV實現了量產，將人們帶入了燃料電池汽車的新時代。隨著氫燃料制備技術的快速突破和燃料電池汽車制造成本的降低，燃料電池汽車革命將一舉成功，傳統汽車行業將迎來更新洗牌的時代。否則，燃料電池汽車將繼續是汽車行業的少數，被更新的技術所取代，成為時代的孤兒。無論如何，作為一個有遠見、有勇氣、有信心的企業家，既然看到了燃料電池汽車領域的曙光，又怎么能放棄孤注一擲的機會呢？也許燃料電池汽車的成功指日可待。