低噪声/不加油/不充电/零污染 氢能源车你了解多少？

如果有这样一种车出现在你面前：低噪声、不加油、不充电、不排放尾气，唯一排放的废物是纯净水。这样的神车并非是想象，而是存在的事实。氢燃料电池车就可以做到以上的情景。随着电动车在国内的日益普及，在问题暴露的同时，也有越来愈多的人开始关注氢燃料电池车。这样的科技产物，其中原理也没那么复杂。

我们对氢气最普遍的了解，可能就是其与氧气结合燃烧，在过程中放出能量了。不过燃料电池并非这么简单。燃料电池的工作原理与传统电池类似，燃料（氢气）在阳极氧化，氧化剂（氧气）在阴极还原。电子经外电路负载从阳极流向阴极，构成回路，产生电流。不同的是，燃料电池工作时，燃料会不断被消耗，因此需要一套单独的储存装置来储存燃料。

这一过程最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以……电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。

因为氢分子体积小，可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在穿越孔洞的过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子、将氧气拆分成氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间形成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反应的废物。这一过程对环境十分友好。

放眼全球，氢能及氢燃料电池的研发在很早就已经开始了。在车辆交通领域更为广泛，尤其是在商用车上。目前，日本将其上升至国家能源及战略层面，因此丰田、本田、日产等汽车厂商都有相应的研发产品及规划，配套设施及商业化发展也相对完善。美国对这方面的推广使用更是世界领先，绝大多数氢能燃料电池车在美国都有租售，用户群体多，氢能及相关行业的发展也更为成熟。

丰田的Mirai可以说是较早推向量产的乘用车。新车具有独特的外观，出色的加速性能以及低重心设计带来的操控稳定性，能够实现在零下30°C启动车辆。Mirai百公里加速度为9.6秒，并能够实现三分钟加满氢气。

在动力方面，Mirai由以下几个部分组成。驱动电机：最大功率113kW，最大扭矩335Nm；电池堆：由370个重量102g，厚度为1.34mm的电芯堆叠而成，体积能量密度3.1kW/L，输出功率114kW，总重量56kg，容积37L；动力电池：镍锰电池，用于制动能量回收和加速辅助供电；高压储氢罐：两个60L和62.4L承受700bar(700Mpa)压力的储氢气瓶，单位储氢密度5.7wt%，可加载5Kg的氢气，EPA续航里程为312英里（约502公里）。

而作为氢能源车又一巨头，现代在2018年底在北美发布了Nexo，作为一辆SUV，Nexo的续航里程高达850Km。价格方面，Nexo与Mirai倒是差不多，其售价都在6万美元左右（约合人民币40万元）。

外观方面，新车的整体外观采用了此前在2017上海车展亮相的氢燃料电池概念车——FE Fuel Cell车型的设计元素。细节方面，该车采用了倒梯形的大嘴式格栅，搭配两侧狭长的前大灯组以及贯穿式的饰条，造型犀利。车尾方面，新车采用圆润简洁的设计风格，搭配两侧LED灯组和与前脸呼应的后保险杠，科技感极强。

与中/日/美国以纯电动陆续为主导不同，韩国则是氢燃料和纯电动同步推进。据介绍，韩国计划2040年前生产100万辆氢燃料电池车，并建成1200个充电桩。目前韩国只有14个氢燃料充电桩，而从今年开始，韩国已经在增加相关基础设施建设步伐。未来，韩国政府将进一步降低氢燃料价格，增加氢燃料供给量，预计在2040年使其价格较2022年降低50%。

国内在氢燃料电池车的研发上稍落后于外国，但目前同样有了一定成果，例如在2019上海车展亮相的格罗夫氢能汽车。新车由西班牙巴塞罗那的格罗夫设计造型中心打造，采用四门溜背式造型设计。车辆采用氢燃料电池作为动力，可在几分钟内完成加氢，续航能力超过1000km。新车将于2019上海车展期间开启预售，并于2020年开始交付。

新车由西班牙巴塞罗那的格罗夫设计造型中心开发，车辆采用四门设计，车辆头灯与巨大的进气格栅相连，运动感十足。其前车门采用上掀的开门方式，十分炫酷，车尾则为溜背式造型设计，同时配以低矮的车身，很有跑车的韵味。其车身采用了碳纤维材料打造，使整车更具轻量化，同时车辆溃缩区使用了复合材料和铝合金结构，具有较高的安全性。

动力方面，新车采用氢燃料电池作为动力来源，排放物仅仅只有水，并且可利用工业副产品提取、制造和供应氢气，更加环保。新车的续航里程将超过1000km，且只需几分钟即可完成加氢。

在动力系统的原理上，不同国家的新车也基本一致。氧气（空气）通过汽车前方的空气压缩机压入到燃料电池堆中；在高压储氢罐中的氢气同时也输送到燃料堆；氢气和氧气在燃料电池堆中反应，产生电和水；产生的电提供给电机驱动车辆行驶；反应产生的水排出车外。

作为一项尚未成熟的技术，燃料电池自然有着不少的缺点，例如氢气目前主要依靠电解水获得，同样要耗费大量的能源。再有就是加氢站的建设，目前国内加氢站十分稀少，能源补充不是很方便。因此氢燃料电池汽车想要普及，还有很长的路要走。

此外，在原材料上，需要用到价格高昂且产量少的铂，因此使得燃料电池成本较高。不过最令消费者担心的还是氢气的安全性。氢气和空气混合时却极易燃，因而需要特别有效的传感器进行监控。不过瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员也已经研发出氢气传感器。

该传感器的工作原理基于一种光学现象——等离子体，在大多数的金属中，等离子体频率接近紫外线的频率，反射了可见光让它们看起来很闪亮。一些金属如铜和金，在可见区中有电子带间过渡，借此吸收某些能量，让它们拥有独特的颜色。该光学纳米传感器中包含数以百万计的钯金合金金属纳米颗粒，钯金合金可吸收大量氢气。因此，当环境中的氢含量发生变化时，等离子体效应会导致该传感器变色。

包裹该小型传感器的塑料不止起到保护作用，还是一个关键部件，能通过加速氢气分子进入到金属颗粒中，从而加速传感器的响应时间，探查到氢气分子。同时，塑料还可作为有效的环境屏障，防止其他分子进入传感器，使传感器失效。因此，该传感器能够高效且不受干扰地工作，满足汽车行业的严格要求，能够在一秒内检测到空气中0.1%的氢气。

尽管该传感器主要用于氢能源载体，但是其也有其他可能应用。电力网络工业、化学和核能行业都需要此类高效氢气传感器，而且也可用于改善医疗诊断。

4月23日，工信部运行监测协调局局长黄利斌表示，从目前看，氢燃料电池汽车的产业化进程明显要晚于纯电动汽车。下一步，我们将进一步加大工作力度，联合有关部门开展示范运行，破解氢燃料电池汽车产业化、商业化难题，大力推进我国氢能及燃料电池汽车产业的创新发展。

写在最后：随着电动车的持续发展，插电混动车型和增程式车型可能会在未来率先离开我们的视野。从政策导向的方面来看，纯电车型和燃料电池车型会是未来的发展主力。但至于谁将会笑到最后，请大家拭目以待吧。