什么是氢燃料电池，氢燃料电池汽车大规模“上路”还差什么？
来源：宝鄂实业
2019-04-01 13:32
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近日，上海市科委发布《燃料电池汽车推广应用财政补助方案》，对氢燃料电池汽车（ＦＣＥＶ）的推广应用给出了地方补助方案。这也成为近期以来，国内地方发力ＦＣＥＶ的最新举措。
业内人士表示，由于ＦＣＥＶ比锂电池汽车更具成本优势，其发展前景被普遍看好。随着相关技术的日趋成熟，ＦＣＥＶ正在快速进入商业化导入期，而这也成为国内不少地方大力推进ＦＣＥＶ的重要动力之一。然而，从国内外经验来看，从实验室到市场，ＦＣＥＶ要想得到大规模推广应用，尚有短板待补。
地方布局发力
上海市科委发布的《燃料电池汽车推广应用财政补助方案》提出，ＦＣＥＶ按照中央财政补助１：０．５给予上海市财政补助。根据规定，燃料电池系统达到额定功率不低于驱动电机额定功率的５０％，或不小于６０千瓦的，按照中央财政补助１：１给予上海市财政补助。
近期以来，国内不少地方纷纷加大对ＦＣＥＶ扶持力度。１月份，武汉市首份氢能产业发展规划方案出炉。根据规划，到２０２５年，武汉氢能燃料电池全产业链年产值要力争突破１０００亿元，产生３－５家氢能国际领军企业，成为世界级新型氢能城市。而在去年１１月份，武汉市与同济大学、中国地质大学（武汉）签约，三方共建氢能汽车产业创新发展平台，先期提供２亿元资金支持，并推动发起１００亿元规模的氢能汽车产业发展基金。
２月份，全国首个正式商业化载客运营的氢燃料电池公交车示范线在广东省云浮市落地。而去年９月发布的《广东省加快战略性新兴产业发展实施方案的通知》在“智能交通装备”部分提出，“重点发展纯电动汽车和燃料电池汽车”。据了解，广东依托佛山、云浮两个珠江西岸城市，通过创新性的产业对口帮扶模式，各自打造了相对完整的ＦＣＥＶ产业链，不断吸引整车企业落户。
“我国发展ＦＣＥＶ的基础很好，虽然有一段时间研发势头有所减弱，但是近两年来又把ＦＣＥＶ与氢能利用作为重要的转折点，从国家到地方都已经开始重视。”在中国工程院院士干勇看来，作为我国汽车动力系统转型升级和新能源汽车战略的重要方向，我国在燃料电池汽车领域的研究和进展并不晚于国外。经过多年努力，目前我国已经初步掌握了燃料电池电堆及其关键材料、动力系统、整车集成和氢能基础设施的核心技术。“相关地方政府加快布局，一方面可以加快我国ＦＣＥＶ推广应用进程，另一方面也可以培养新的区域经济增长点。”
“氢”装如何前行
２０１６年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》提出，２０２０年我国ＦＣＥＶ发展规模要达到５０００辆，２０２５年规模为５万辆，而２０３０年要达到百万辆。
统计数据显示，２０１７年，我国ＦＣＥＶ总销量为１１００多辆，距离３年之后要达到５０００辆的目标，尚有不小差距。
目前，我国在ＦＣＥＶ关键材料和关键技术方面取得了多项突破，开发出了６０千瓦、７５千瓦、１００千瓦等多种规格的燃料电池电堆，基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车和燃料电池动力系统技术平台，初步形成了燃料电池发动机、动力电池、驱动电机、供氢系统，零部件的配套研发体系，并且形成百辆级动力系统与整车的推广能力，实现了百辆级动力系统与整车的生产能力。
然而，与国际先进水平相比，我国在与ＦＣＥＶ相关的氢能燃料电池技术方面仍存在差距。
“目前，在ＦＣＥＶ很多技术方面，从实验室的角度来看，我国不比国外先进水平差。但是，真正的差距在于如何从实验室跳到产业化这一步。”同济大学教授章桐说。
“从产业化和市场突破的角度而言，一定要坚持基础研发和示范应用并举。”在章桐看来，“只做基础研发不做应用示范推广，则基础研发是盲目的；只做示范推广不做基础研发，技术会永远落后于发达国家。”
对于加快我国ＦＣＥＶ推广应用，中国汽车工程学会常务副理事长兼秘书长张进华给出了六大建议。
第一，创新研发组织模式，突破关键核心技术。技术持续创新和突破是推动氢能燃料电池技术进入市场的核心驱动力，是培育和发展ＦＣＥＶ首要任务。“全球来看技术基本成熟，但在中国技术只具备一定基础，特别是材料技术，包括系统综合性能差距都较大。技术是关键。”张进华说。
第二，抓关键领域，补短板环节，培育壮大产业链。目前，我国ＦＣＥＶ产业链缺失很大，除了关键零部件，辅件都严重缺失，产业链培育仍然是重要任务。
第三，大力推进示范应用，以点带面，有序推进示范应用。“不主张一窝蜂全上，在有资源优势和应用需求的区域开展系统的示范。验证技术商业模式。”
第四，科学规划布局，建立氢能供给系统。需因地制宜，根据资源特色和优势，制定氢能供给模式。
第五，大力推进国际化，整合对接国际资源。“氢能燃料电池特别在交通领域应用，中国一定起至关重要的作用。如果中国发展起来了，那将推动全球ＦＣＥＶ的发展。如果中国氢能燃料电池在交通领域不能形成主流技术，全球都有可能步伐延迟。中国推动燃料电池的应用，也需要国际资源的合作与支持。”张进华说。
第六，完善标准法规体系，提升测试评价能力。标准法规现在仍然是非常重要的制约因素，从车辆到关键零部件的法规标准不健全。特别是从制氢、储氢到加氢站，程序不明确。加氢站严重欠缺，现在加氢站都是各地在做，标准法汽车电动化的速度在近几年内发展的飞快！回想起十几年前，电动车当时候还只是天马行空的想法，而到了现在，全球汽车市场上已经有几十款不同的混合动力『Hybrid』、插电混合动力『Plug-in Hybrid』以及电动车能够让消费者选择购买。
就连法拉利、保时捷、迈凯伦以及柯尼塞格这些高端品牌的旗舰车型都已经是混合动力，再加上特斯拉推出性能强大的电动车型之下，曾几何时，电动车型已经不再是以环保为目的，也开始和性能、速度挂钩。
汽车电动化的关键，在于电池科技的进步。在近十年间，由于越来越多汽车制造商和相关领域的车厂加入资金研发，电池的效能、重量、体积等各方面都有了大幅改善。但是，电池的种类多样，究竟哪一种形式的电池才是最适合汽车使用呢？
今天小编就来介绍目前汽车市场最常见的车辆电池种类，并且比较这些电池的优缺点！！！
锂电池 Lithium-ion（Li-ion）Batteries
不只是汽车领域，目前多数商用电子产品当中普遍使用了锂电池，而在过去十多年以来，锂电子也因为广泛的使用，在效能上不断进化。因此，除了现在多数的混合动力和电动车都使用锂电池之外，包括了智能手机、平板电脑、笔记本电脑等消费电子产品都是使用锂电池。
不过，『锂』只是一种通称，在这种形式的电池之下还分忧很多种类。以消费电子产品来说，最常使用的是锂钴氧化电池『LiCoO2』，是锂电池当中能量密度最高的一种。但是这种电池有着『热失控（thermal runaway）』的缺点，也就是在过度充电或者温度较高的环境之下，如果没有正确使用即很容易发生过热甚至爆炸起火的状况，这也是锂钴氧化电池纵使有着最高的能量密度，也鲜有使用在汽车领域当中。
多数电动工具、医疗工具以及车用电动系统所使用的锂电池多半为磷酸锂铁电池『LiFePO4』、锰酸锂电池『LMO』、镍钴锰三元电池『NMC』等，虽然这几种电池的能量密度低于锂钴氧化电池，但是使用寿命以及安全性都更加优异，因此相当适合在电动化汽车领域当中，其中以镍钴锰三元电池最为广泛应用在混动动力和电动车上，目前Formula E电动方程式赛车所使用的电池也是基于镍钴锰三元电池（NMC）制造而成。
『全新 Formula E电动方程式赛车』
为什么锂电池是目前电动化汽车电池的大客户？基本上，锂电池有着优异的『能量重量比』、『充电速度快』以及『几乎没有记忆效应』这三大优势。
较高的能量密度意味着电池重量较轻，这对于追求轻量化、高性能以及讲究续航力的汽车来说相当合适。充电速度快当然也是电动车使用与否的关键之一，但是在现实环境当中锂电池的充电速度只是稍微比其他形式的电池快而已，绝对不是天与地的分别。至于电池记忆效应则是几乎不会发生在锂电池上，因此锂电池的电力容量并不容易随着使用次数增加而大幅减少。
『现在高端启动电池使用磷酸锂电池】
但是这并不代表锂电池就没有缺点，以目前的电池制造商技术来看，锂电池主要缺点在于成本比其他种类电池高出不少，以镍基电池为例，锂电池制造成本大约高出40%，这通常会让希望推出平民电动车型的汽车制造商打退堂鼓。不过，无论是何种电池，在近年经济模式的扩张之下，成本和多年前相比都已经大幅降低。
此外，锂电池虽然不用“烦恼”记忆效能的问题，但是仍然会随着时间以及使用环境所产生衰退。以目前汽车制造商的评估，车用锂电池使用寿命大约在10年左右，但是目前还没有电动车运转足够时间和实际资料来验证这个理论。不过从目前的各大车厂掌握的电池技术来看，锂电池是所有种类电池当中缺点最少的，因此被视为当下最佳车用电池来源。
镍氢电池 Nickel-metal-hydride（Ni-MH）Batteries
在锂电池未广泛应用之前，较早起的混合动力车型多半使用的是镍氢电池（Ni-MH），及时到现在逐渐被锂电池取代，还是有不少混合动力车型在使用这种类型的电池。
镍氢电池的优势为相对低廉的制造成本，这种电池主要以镍、氢、鈦或者其他类型的金属组成，在制造成本上比锂电池低廉许多，但是随着市场投入越来越多的资源到锂电池领域，两种电池之间的成本正在不断的缩小。
即使如此，锂电池也有着一个相当大的优势，就是耐用性。只要保养得宜，镍氢电池可以拥有非常久的使用寿命。除此之外，因为镍氢电池含有有毒元素非常少，使得其回收成本相对低，而成本当中含有大量的镍金属以及其他贵金属电池的回收利润比其他种类电池还要高。
『旧款丰田混动车型都在使用镍氢电池』
可惜，镍氢电池的能量密度并不高，大约比一般锂电池低了40%，这意味着要达到同样的电容量，镍氢电池需要更大的体积也更重，这使得镍氢电池和现在汽车制造商追求大空间和轻量化理念背道而驰。
另外，在密集且快速的冲放电情况下，镍氢电池也容易产生大量热能，因此需要额外的冷却系统，使得整个电池系统重量又增加不少。
其他种类的电池
除了以上两种电池之外，目前许多研究机构都在研发效能更高的电池系统，包括了氧化物电池、磷酸铁电池、磷酸锂铁电池、锂空气电池、锂聚合物电池、镍钴锰电池、镍钴铝电池以及锰氧化物尖晶石电池都是未来有可能成为电动车能量来源的电池种类。
钴氧化物电池已经问世很长一段时间，但是目前的困境仍然在于热失控以及制造成本，否则这种电池的高能效密度将会是极佳的高性能车用电池。
磷酸铁电池则是目前最稳定且成本合理的电池派别，可惜因为其采取低电压的运作方式，如果要作为车用电池，将需要使用更多的电池数量，造成重量和体积增加。
锂聚合物电池也是锂电池的一种，但是现今锂聚合物电池需要制成“袋状”，对于空间配置较为不利，因为目前仅有少数电动车使用此类型电池。
镍钴锰电池和镍钴铝电池现在制造成本还是太高，而且热失控问题尚未解决，因为无论是效能如何，距离商用还是有相当长的路要走。
锂空气电池较为新的电池技术，拥有极佳的能量密度，其能量重量比几乎和现在的汽油相当，更是目前锂电池的5~15倍之多，但是仍处于开发初期，因为也是需要好一段时间才能够达成量产。规的突破至关重要
