我國應更加重視燃料電池汽車發(fā)展（連載一）

程振彪

1967年畢業(yè)于中山大學，研究員級高級工程師，享受國務院特殊津貼專家（終身），武漢市汽車行業(yè)協(xié)會顧問，中國汽車工業(yè)協(xié)會專家委員會委員，江漢大學特聘客座研究員，歷任東風汽車公司科技情報研究所總工程師、東風汽車公司副總工程師。

長期以來，程振彪一直致力于國內(nèi)外汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展跟蹤研究，成果甚豐，已出版專著、譯著數(shù)十部，共計1000余萬字，先后獲國家、部（省）級等各類獎項及科學技術(shù)進步獎36項，為東風汽車公司及中國汽車工業(yè)的發(fā)展作出了貢獻，在全國汽車行業(yè)乃至機械行業(yè)都產(chǎn)生了廣泛影響。

程振彪曾先后被評為十堰市勞模、東風汽車公司勞模，全國科技情報先進工作者，東風汽車公司首批杰出人才，中國汽車工業(yè)杰出人物，東風汽車公司建設功勛等。

一、引言

現(xiàn)今，國家已將新能源汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而加以大力支持發(fā)展，并明確了類似于所謂的“三駕馬車”式的（即插電式混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車）技術(shù)路線，并明確以純電動汽車為我國新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要戰(zhàn)略取向。概括而論，此是正確的，無可非議的。但在實際的操作運行中，業(yè)界則并未完全理解這一政策的精神實質(zhì)，或多或少的出現(xiàn)了偏差，在全國范圍內(nèi)出現(xiàn)了“純電動車熱而燃料電池車冷”的明顯反差現(xiàn)象。燃料電池汽車（文內(nèi)有些段落也采用英文縮寫“FCV”）處于被弱化、輕視的地位，上述的“三駕馬車”式格局實則成了純電動汽車“一頭沉”。業(yè)界許多人對燃料電池汽車的認識還停留在五年前、甚至是十年前的水平上，仍然把其視為遙不可及和僅僅作為跟蹤觀察而不是具體研發(fā)的對象。

當前，國際上客觀的發(fā)展狀況與我國一些人頭腦中的主觀想象大相徑庭。日、美、歐等國家與地區(qū)，尤其是日本，對燃料電池汽車的發(fā)展十分重視，并在一些關(guān)鍵性領(lǐng)域取得重大突破，有望在近期實現(xiàn)一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。這與純電動汽車眼下關(guān)鍵技術(shù)久攻不下、進展不明顯的境遇恰恰也形成顯著的反差。發(fā)展新能源汽車對哪一個國家都是前所未有的新事業(yè)，也是風險很大的一項重大科學試驗，沒有現(xiàn)成的成功經(jīng)驗可以借鑒，只能自己在做的時候“摸著石頭過河”。經(jīng)歷“實踐——認識——再實踐——再認識”的復雜過程，最終弄清楚事物發(fā)展的內(nèi)在本質(zhì)，找出一條合乎客觀規(guī)律的新能源汽車發(fā)展道路。我國從“八·五”算起，從事新能源汽車事業(yè)足有20余年的歷史，按說已積累了很多實踐經(jīng)驗和教訓，對之有深刻的體會，如今到了應該靜下心來，好好回顧過往，總結(jié)經(jīng)驗與教訓，尤其要認真研究國際新能源汽車發(fā)展的新動向，梳理并重新思考我國迄今為止新能源汽車發(fā)展思路、技術(shù)路線與客觀存在的實踐。如有必要，應實事求是的、與時俱進的對此加以調(diào)整或修正。只有把前進的方向搞準了，路徑選對了，為之的努力才不至于白費。否則，只能是南轅北轍，距離想要達到的目標越來越遠。以下特對純電動汽車與氫燃料電池汽車的基本優(yōu)缺點進行比較，介紹世界氫燃料電池汽車發(fā)展趨勢和動向，尤其是近期取得的若干重大突破，闡述我國為何應更加重視發(fā)展氫燃料電池汽車，并提出相應的對策建議，供有關(guān)部門及領(lǐng)導參考。

二、純電動汽車技術(shù)之困短期難解

（一）主要問題與難點

拋開純電動汽車若使用煤電并不環(huán)保這一常被人詬病之痛不說，其當前存在的主要問題與難點，歸根結(jié)底，在于動力電池關(guān)鍵技術(shù)一直未取得實質(zhì)性的重大突破與進展?？v觀世界業(yè)界，雖然蓄電池的技術(shù)性能也不斷有所提高，但仍然難以滿足人們對車輛正常使用的要求（若使用者情不自禁地與傳統(tǒng)汽柴油汽車相比較，問題會顯得更突出），比能量低，存儲的能量有限（由此也就限制了車輛的續(xù)駛里程），電池性能不穩(wěn)定，可靠性差，使用壽命不夠長，安全隱患大，充電時間較長等機理性缺陷以及成本高等。這些都程度不同的影響了純電動汽車的實際應用和真正的商業(yè)化。誠然，充電基礎設施不健全也是妨礙純電動汽車推廣的一個不容忽視的因素，但此并不是決定性的。如果電池技術(shù)獲得重大突破，則這一問題也可能會迎刃而解。直到現(xiàn)在，學界和業(yè)界，無論是誰，不管名聲有多大，職位有多高，都很難準確預料（預測）從根本上解決上述一系列問題的具體時間，只有靠實踐才能給出答案。

1、續(xù)駛里程短

盡管國內(nèi)外市場上一些廠家也宣稱，其純電動汽車產(chǎn)品一次充電可連續(xù)行駛數(shù)百公里，與傳統(tǒng)汽車相差并不大，但在日常實際的的反復使用中，卻難以通過重復驗證而得到真正的確認。廠家所稱的數(shù)據(jù)，往往是設計的理論值，而在實際的使用中，電池的能量衰減是很明顯的，因此，真實的續(xù)駛里程達不到設計所期望的里程數(shù)?，F(xiàn)今，純電動汽車通常的續(xù)駛里程依然局限于200公里以內(nèi)、大致一百多公里。純電動汽車的續(xù)駛里程主要是由蓄電池存儲能量的多少而決定，由于電池的效能即比能量低，其存儲的能量就有限。而要獲得更多的能量，迄今可采取的主要措施有兩個：一是提高電池的比能量（就是要使單個電池存儲更多能量）；二是增加構(gòu)成電池組的單個電池的數(shù)量，把電池組做得更大（相應的擴大了存儲能量的容量）。但采取這兩項措施也只能適而可止，否則，其負面作用就很大。因為：其一，電池越大，重量也越大，不僅增加了成本，抬高了車輛的售價，而且，運動著的車輛要消耗更多的電能，既縮短了續(xù)駛里程，又削弱了電動汽車經(jīng)濟性的優(yōu)勢；其二，如果電池的比能量提高過多，其安全性就隨之降低，這意味著，電池的高比能量與高安全性難以兼顧，“魚與熊掌不能兼得”。這就是人們常說的一個悖論，或者說是一個很容易陷入的惡性循環(huán)。在本研究者看來，這是蓄電池存在的一個根本性、機理性（或者稱原理性）缺陷，以目前這種原理而工作的蓄電池，只要其機理上沒有發(fā)生重大改變，此種缺陷也就難以根除。除此之外，電池能量密度提高與電池壽命之間也存在難以調(diào)和的矛盾。據(jù)有關(guān)專家稱，若將電池的能量密度性能提高一倍，則電池壽命可能會減掉一半；從全壽命周期角度看，里程與成本相比得出的性價比并沒有提升，因為電池壽命減少了一半，全壽命周期內(nèi)的總成本是一樣的，甚至還會增加。我國多個地區(qū)（城市）對純電動汽車已進行了多年的示范運行，人們對此有深刻的認識和體會，很值得廣大攻關(guān)的科技人員和制定政策的國家管理人員對此進行總結(jié)與深思。

2、安全性隱患大

縱觀國內(nèi)外純電動汽車的運行使用情況，其所暴露出的安全隱患是客觀存在的，具有普遍性和根本性，必須引起業(yè)界的足夠重視，不可抱任何僥幸心理。畢竟，人命關(guān)天，不論在什么情況下，汽車使用者的人身安全是第一位的，其它則居其次。社會上一些人，可能出于對電動汽車這個新生事物倍加呵護的善意，認為中國之大、世界之大，一年之內(nèi)發(fā)生幾起電動汽車起火事故并不值得大驚小怪，傳統(tǒng)汽車不也照樣會發(fā)生這類事故嗎？但在本研究者看來，把這兩類性質(zhì)完全不同的問題混為一談是不科學的，也是站不住腳的。傳統(tǒng)汽車經(jīng)過一百多年大規(guī)模的實際使用檢驗，證明其安全性技術(shù)已非常成熟，即使發(fā)生一些與電動汽車相類似的事故，人們也不會懷疑它在安全技術(shù)上有根本（或本質(zhì)）性的缺陷（或不足），而（純）電動汽車就不一樣了，因為還沒有經(jīng)過長時間和大規(guī)模的實際應用實踐檢驗。從近年國內(nèi)外發(fā)生的電動汽車起火事故來看，多數(shù)均與電、也就是說與電池有關(guān)。換言之，（純）電動汽車的安全隱患在于電池安全技術(shù)性能存在機理（或者說原理）性短板。以鋰離子電池為例：當能量密度比較高時，若發(fā)生熱失控反應，則會釋放很高的熱量而引起火災；電池內(nèi)的電解液是有機溶劑，為易燃物，且在4.6V上下的電壓情況下，很容易發(fā)生氧化反應，一旦泄漏就會著火，甚至引起爆炸。據(jù)有關(guān)專家分析，美國特斯拉Model S型電動汽車曾在不到一年的時間里就六次起火，此絕非偶然，是與電池自身技術(shù)特性和特點有關(guān)。其中有三次事故，最終原因均被確認為電池熱失控。這是電池故障的一種整體性表現(xiàn)，發(fā)生在電池內(nèi)部的可能是在被擠壓、穿刺或過度充電后而引起了短路。此外，電解液膜的耐熱性也有一定局限，溫度過高而超臨界點時，即可能起火。對此，有人說為了防止電池熱失控，可對電池組進行嚴密監(jiān)測控制。這說起來容易做起來難，實際上很容易失控，因為一輛電動汽車的電池組由許多小的單個電池構(gòu)成，要實施控制，整個系統(tǒng)極為復雜，其中的任何一個環(huán)節(jié)出了問題，整個系統(tǒng)就會失效，或許這個熱控制系統(tǒng)本身也成了引發(fā)事故的原因之一。例如，特斯拉Model S型電動汽車，其電池組由7000塊小電池組成，要進行熱控制，就需要7000個控制器，將之連接起來，連接點相當于有1萬個電阻。而如此之多的電阻的性能一致性就很難控制，顯然，有些電阻小，使用頻率就會增大，易于損壞；電阻大的，則需要通過發(fā)熱來轉(zhuǎn)化能量，從而增加了熱失控隱患。

據(jù)有關(guān)人士的實地調(diào)查，我國許多地方示范運營的純電動公交車，也經(jīng)常發(fā)生電池溫度過高的現(xiàn)象，存在的安全隱患也是顯而易見的。為監(jiān)控此種隱患，諸如廣州市801路純電動公交車上，就安裝了溫度過高報警器，但由于溫度過高成了常態(tài)，車輛就一直在“嘟、嘟”的報警聲中照常開動運營，從而引起乘客的焦慮不安和不滿。據(jù)開車的司機講，電池溫度過高不僅有安全隱患，而且還使電池組輸出的能量減少，影響車輛運行速度等。這表明，這種電池溫度過高的公交車是“帶病”運行，很不安全。

純電動汽車不單在運行中存在如上所述的安全隱患，而且在電池充電過程中也同樣存在。凡使用手機的人可能都有過這樣的切身體驗，就是在給手機充電（尤其在大熱天）時，若充電器插頭與插孔適配不好（兩者貼合的狀況未達到最佳化），則充電器和手機電池的溫度就可能高或很高，極易出現(xiàn)不測事件，與此有關(guān)的新聞報道也不斷傳到人們的耳中。電動汽車的電池組，充電負載更大，其充電器接口可能會因反復拔插而導致在充電過程中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，存在引發(fā)火災的可能性?，F(xiàn)今，電動汽車的保有量還很小，使用并不普遍，而一旦廣泛普及，充電設施甚至遍布居民社區(qū)，則這種安全隱患就顯得更為突出和嚴重。當下，有些人覺得使用電動汽車不方便，嫌充電需要好幾個小時太慢。這樣，有人就推出了“快充”的技術(shù)解決方案。然而，按照目前電池本身和“快充”方案的技術(shù)水平，“快充”的負面結(jié)果不容忽視：一是不可避免的會影響電池的使用壽命；二是易出現(xiàn)如上所述的過熱現(xiàn)象（尤其在大熱天時），從而構(gòu)成安全隱患。表面看，“快充慢充”是兩種技術(shù)方案的“優(yōu)、劣”之爭，但實際上，它暴露了表現(xiàn)在蓄電池技術(shù)特征上的一個矛盾現(xiàn)象，即人們都需要、都想獲得的兩個技術(shù)特性相互矛盾，不可兼顧（或兼?zhèn)洌?，因此，人們也不能兼得。這也是純電動汽車蓄電池存在的一個機理（或原理）性缺陷。

基于當前蓄電池并非完美的技術(shù)特性，在充電時存在的另外一種安全隱患至今尚未引起人們的高度警覺，就是在高寒地區(qū)（或天氣比較寒冷的季節(jié)）給電動汽車充電時，電池中的材料一旦有電流刺激，會形成金屬元素，由此導致電池發(fā)生短路現(xiàn)象，嚴重時還可能會爆炸而釀成災難（見2014年8月21日《汽車商報》）。

2015年4月26日，深圳市一輛電動公交大巴在充電站內(nèi)，蓄電池突然冒煙，隨后燃起熊熊大火，整輛車被燒毀。據(jù)特斯拉公司自稱，其電動汽車是世界最高端、質(zhì)量最好的電動汽車。但時至2015年底這段時間，卻不斷傳來其召回在許多地區(qū)銷售的有質(zhì)量問題的產(chǎn)品。對此人們至少可以得出兩點結(jié)論：一是特斯拉對用戶安全用車的負責態(tài)度值得肯定；二是從此事上也折射出即使所謂最好的純電動汽車也難以避免質(zhì)量安全隱患；這無疑是給快速發(fā)展的中國純電動汽車提個醒或者是個警示。國家“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目總體專家組組長歐陽明高最近語重心長的指出，（純）電動汽車規(guī)模不斷擴大，會使事故概率更大。這是各地推廣應用特別要關(guān)注的事，現(xiàn)今新能源汽車發(fā)展勢頭很猛，猛過頭也不一定是好事，一旦有嚴重的安全事故發(fā)生，會對整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)造成毀滅性打擊，這是要特別注意的。鑒于近年我國出現(xiàn)的一系列電動汽車電池安全事故，國家工信部2015年8月6日發(fā)出排查新能源汽車電池安全隱患的通知。該文件的發(fā)布可以說十分及時，同時，也在一定程度上反映了電動汽車電池存在安全隱患的嚴重性。

3、對環(huán)境的污染問題不可忽視

（純）電動汽車在使用過程，尤其當發(fā)生交通事故等不測事件時，會因電池損壞而對土壤、地下水等產(chǎn)生程度不同的重金屬污染。在此方面，不僅鉛酸、鎳鎘電池的危害是人所共知的，而且其它所謂比較先進的電池（如鎳氫、鋰電池等）因?qū)κ鹿侍幹貌划?，也同樣存在對環(huán)境造成污染的風險。以鋰電池為例，其正負極材料、電解質(zhì)溶液等物質(zhì)，如有泄漏或處置不當，會對環(huán)境及人體健康造成很大的負面影響。其中，正極材料中含有的重金屬元素能夠使環(huán)境的PH值升高，電解質(zhì)溶液具有較強的腐蝕性，處理不當將產(chǎn)生有毒氣體而污染空氣。此種隱患在（純）電動汽車獲得大規(guī)模應用時，將會變得更突出。

（二）如何看待可用于（純）電動汽車的各類新型電池

本研究者已深入了解到目前純電動汽車上普遍采用的鋰電池所取得的技術(shù)進步，同時也知曉，為推動純電動汽車的向前發(fā)展而研發(fā)的各種有可能獲得應用的各類新概念蓄電池。關(guān)于前者，其取得的技術(shù)進步成果不可否認，但還不是突破性的實質(zhì)進展，實際的應用效果遠非如有些人宣稱的那樣。在此當中，有關(guān)方給出的所謂的技術(shù)進步指標，僅僅是實（或試）驗階段的理論數(shù)據(jù)，而非經(jīng)過長期應用后所獲得的實際數(shù)據(jù)。因此，至少在本研究者看來，如此宣稱的技術(shù)進步成果并不可信，或可信程度較低。有關(guān)專家也指出，近幾年鋰電池的技術(shù)進步雖然比較快，但還缺乏革命性的改變，與幾年前沒有兩樣：結(jié)構(gòu)沒有變化；主要配套材料基本沒有變化。要解決純電動汽車的續(xù)駛里程問題，可能得寄希望于新的電化學體系和新的電池技術(shù)出現(xiàn)。關(guān)于后者，以下作簡要介紹。

1、半固態(tài)鋰電池

據(jù)中科院物研所的有關(guān)專家介紹，現(xiàn)有的鋰離子電池采用多層薄膜電極設計，而半固態(tài)鋰電池則采用厚電極，在結(jié)構(gòu)設計上得到了簡化，減少了集流體、隔膜所占的電池總重量的比例，在采用正負極材料相同的情況下，可以提高電池的能量密度，工藝成本有望降低。但同時，由于采用厚電極，單層隔膜，無法實現(xiàn)快速充放電，這也意味著在動力上沒有優(yōu)勢。在推廣上，半固態(tài)鋰離子電池的工藝與現(xiàn)有的鋰離子電池的工藝不能完全兼容，生產(chǎn)線設計、質(zhì)量控制、測試標準、量產(chǎn)工藝等都得從頭摸索，防止內(nèi)部短路的隔膜等關(guān)鍵材料還需要有大的突破。

2、石墨烯電池

石墨烯是現(xiàn)今已知材料中最薄的一種，僅有一個碳原子厚，也是目前導熱效果最好的熱導體。石墨烯電池理論重量是傳統(tǒng)鋰離子電池的一半，厚度也可大幅縮小，而儲電量則高出數(shù)倍。按照美國有關(guān)科學家的估算，石墨烯陽極材料比鋰離子電池中常用的石墨陽極充放電速度要快10倍。據(jù)稱，如用于電動汽車，充一次電只需8分鐘，汽車可行駛近千公里。石墨烯雖然已被各有關(guān)工業(yè)發(fā)達國家列為重要材料予以開發(fā)，但相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)直到2010年才相對成熟，至今也還處于初級應用階段。尤其是能讓電池體積和重量大幅縮小的單層石墨烯材料，其成品率很低，生產(chǎn)成本則很高，離實際應用還有很長的路要走。

3、金屬空氣電池

在鋰電池普遍作為純電動汽車的主動力暴露出越來越多的難題及弊端之后，近來人們又把目光投向金屬（例如鋅、鋁）空氣電池。據(jù)稱，以色列Phinergy公司和美國鋁業(yè)公司（Alcoa）聯(lián)合開發(fā)的鋁空氣電池裝用于雪鐵龍C1電動汽車，測試結(jié)果表明，其續(xù)駛里程是特斯拉Model S型電動汽車的2倍以上，在能量密度、成本以及環(huán)保等諸方面均具有很大優(yōu)勢。但本研究者并末看到更進一步的、實質(zhì)性的詳細報道。眾所周知，盡管金屬（例如鋁、鋅等）空氣電池能量密度較高，但其釋放的功率很低。以鋅空氣電池為例，由于比功率不足，使得其裝備的電動汽車最高時速僅約為60公里，當加速或上坡時就倍感吃力。而鋁空氣電池功率較低的原因，是在于鋁的電子產(chǎn)生速度較慢，其是由鋁本身的特點決定的，很難克服。正因為如此，各種金屬空氣電池當前僅限于用作備用電池等。

針對類似于上述所謂的新概念電池，專家王學冬認為，其是否實用，光靠幾項亮眼的實驗室數(shù)據(jù)還不行，具有全面而客觀的實際應用數(shù)據(jù)才是最有力的憑據(jù)，只有經(jīng)過實踐檢驗的東西才可信、可靠。

三、燃料電池汽車優(yōu)勢明顯

（一）基本情況

氫燃料電池（電動）汽車的關(guān)鍵所在和奧妙之處，在于它的動力來源——（氫）燃料電池近乎完美和非常理想的工作原理與機制，其名義上叫電池，而實質(zhì)上是一種基于電化學原理，將作為“燃料”（此所指燃料并不是傳統(tǒng)意義上的燃料，因為它未“燃燒”，因此，要加引號）的氫和空氣中的氧化劑反應生成的化學能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置（或者稱為“氫氣發(fā)電機”）。燃料電池早期主要應用于航天和軍事目的，后來，鑒于其巨大的潛在優(yōu)勢和應對日趨嚴重的交通環(huán)境污染，人們又研究將之應用于汽車而作為動力裝置。經(jīng)過數(shù)十年，尤其是自20世紀90年代以來，科技人員扎扎實實的埋頭探索和反復試驗研究，如今，世界上氫燃料電池汽車的技術(shù)進步飛快，成果顯著，大大超出國內(nèi)許多人的預想，已經(jīng)顯露出光明的發(fā)展前景；在（純）電動汽車關(guān)鍵技術(shù)障礙久攻不破的困擾下，的確給人們帶來一種“眼前一亮”的感覺。在世界汽車工業(yè)界多年艱難嘗試了多種新能源汽車技術(shù)方案之后，依據(jù)氫燃料電池汽車表現(xiàn)出來的無以倫比卓越的環(huán)保性和很高的能效，再參照對全球正在醞釀興起的第三次工業(yè)革命的預判，學界有人甚至斷言，氫燃料電池汽車很可能是世界汽車的最終發(fā)展目標和新能源汽車的終極（解決）方案。該項革命性的技術(shù)成果對人類未來經(jīng)濟社會將產(chǎn)生的重大影響和廣闊的發(fā)展前景，已被世界一些具有敏銳眼光的科學家所認識。據(jù)稱，最近，一個由18位頂尖科學家團隊——世界經(jīng)濟論壇新興技術(shù)跨界理事會，評選出全球未來最具發(fā)展?jié)摿Φ?、諸如無人機、新一代機器人、3D/4D打印等等的十大新興科技。其中，氫燃料電池汽車位居榜首。

燃料電池潛在的遠大發(fā)展前景，不僅為汽車業(yè)界人士所認識，而且也受到航空界的青睞。意大利都靈理工學院成功研制出世界首架燃料電池飛機，并在柏林航展上展出。在此之前，該架飛機已在漢堡試飛成功。2012年，在漢諾威工業(yè)博覽會上，德國航空航天中心也展示了其研發(fā)的燃料電池飛機。同樣，鑒于其巨大的優(yōu)越性，燃料電池潛艇也是目前世界各軍事大國研發(fā)的熱點之一。

過去，在我國城鄉(xiāng)許多人的代步工具都使用燃油摩托車，后來被蓄電池（電動）自行車所取代?；谌剂想姵氐木薮髢?yōu)越性及清潔可再生能源的快速發(fā)展，未來，傳統(tǒng)的蓄電池（電動）自行車也可能會被氫燃料電池（電動）自行車替代。據(jù)報道，最近法國普拉格馬工業(yè)公司推出了世界首款被命名“阿爾法”的氫燃料電池（電動）自行車，法國郵政總局已表示有意訂購之。普拉格馬公司宣稱，其將在2016年首批量產(chǎn)100輛“阿爾法”自行車，2017年將增加至1000輛，每輛售價約2300歐元，不會超過眼下頂級傳統(tǒng)電動自行車，以后大批量生產(chǎn)售價更會大幅下降。

（二）主要優(yōu)勢

1、基本優(yōu)點

裝備以質(zhì)子交換膜式為代表的氫燃料電池汽車的主要優(yōu)點，在很大程度上歸功于燃料電池非常理想的工作原理（機理）。可以說，其在保持和擴大純電動汽車優(yōu)勢的同時，又擯棄了后者固有的缺陷和不足。

（1）極好的環(huán)保性。

就車輛本身而言，在行駛過程中，只排放純凈水而無其他任何有害物質(zhì)；同時，這也很符合大自然的循環(huán)規(guī)律，汽車運行工作的副產(chǎn)品——水，雖然以目前的狀況看，汽車使用者還不能直接回收利用，但排入到大自然中總歸還是要被利用（例如再次電解水制氫等等）。從能源的全壽命周期看，如果汽車使用的氫燃料是來自工業(yè)廢氣等副產(chǎn)品以及通過可再生清潔能源而制取，那么車輛總的排放污染也是很低、很少的。在全球環(huán)境污染加劇、氣候變化異常的嚴峻局面下，促使人們現(xiàn)在把發(fā)展新能源汽車的目光聚焦到氫燃料電池汽車上，說到底是更看重其卓越出眾的環(huán)保性。

（2）能源效率特別高。

從車輛的動力裝置——氫燃料電池的工作原理上來審視，其產(chǎn)生的動力不經(jīng)熱機過程，不受熱力循環(huán)限制，基本上沒有熱釋放和熱能損失。因此，能源轉(zhuǎn)換效率高，為60%～70%，甚至更高，大致是內(nèi)燃機的2～3倍。從這個角度上來認識問題，大力發(fā)展氫燃料電池汽車也是我國破解能源困局的有效之策和重要舉措。

（3）氫能資源豐富。

向燃料電池提供的燃料——氫，來源和分布都十分廣泛，理論上講，在宇宙質(zhì)量中，約有75%的氫元素。地球上的氫也幾乎無處不在，無處不有，制取氫的資源豐富，途徑多樣，亦可謂取之不盡，用之不竭。從現(xiàn)實可采用的技術(shù)手段上講，既可以用包括風、太陽能等清潔可再生能源電解水制氫，也可利用光直接解水制氫、陽光生物（例如仿照植物光合作用）制氫、廢物利用制氫等等。

（4）乘坐舒適度高。

燃料電池汽車與傳統(tǒng)汽車相比，動力系統(tǒng)不存在機械振動和熱輻射等問題，不僅可保證汽車有關(guān)零部件有更長的使用壽命和更高的可靠性，而且汽車運行平穩(wěn)，噪聲輕，汽車的舒適性極佳。

2、與純電動汽車相比的獨特優(yōu)點

基于燃料電池工作原理的科學、合理性，氫燃料電池汽車就從根本上避免了純電動汽車的若干重大缺陷，例如續(xù)駛里程局限和易著火的安全隱患等等。

（1）續(xù)駛里程的局限小，補充能量快。

前面已經(jīng)提到，純電動汽車的續(xù)駛里程之所以較短，在于其蓄電池存儲的能量有限。而燃料電池汽車的所謂電池，只“發(fā)電”并不蓄電，裝在氫罐（或容器）里的氫才是車輛存儲的能量，只要將氫源源不斷的提供給燃料電池，則驅(qū)動系統(tǒng)就能獲得足夠的電能而驅(qū)動汽車行駛。這也就是說，氫燃料電池汽車的續(xù)駛里程并不取決于“電池”而取決于車載儲氫罐所存儲氫的多少。據(jù)有關(guān)科技資料顯示，氫的能量密度很高（大致為1 kWh/kg），約是汽柴油的2～3倍，更約是車載鋰離子電池的10倍（大致是100～200 Wh/kg）；5公斤的氫儲量可支持氫燃料電池汽車連續(xù)行駛400公里以上，而要達到相同的里程數(shù)，純電動汽車則要搭載約半噸多重的鋰離子電池（與之相比，氫燃料電池堆則要輕很多）。由此可見，純電動車上的能量有很多都被電池的自重消耗掉了，很不經(jīng)濟，也不科學合理。氫燃料電池汽車除上述的獨特優(yōu)點外，其補充能量的速度也很快，幾分鐘之內(nèi)，就能給氫罐充滿至達到最大續(xù)駛里程（400多公里乃至更多）的氫氣量，與傳統(tǒng)汽車加油一樣方便快捷。而如前所述，純電動汽車“慢速充電”需要7～8個小時，“快充”也要半個多小時，充一次電也只能連續(xù)行駛150～200公里。通過這種對比，還使人們看出一個重要問題，就是在推廣普及純電動和氫燃料電池汽車時都需要建立基礎設施的情況下，氫燃料加注站的設置密度要比純電動汽車充電站的密度低很多，這將會帶來一系列的節(jié)省和產(chǎn)生積極的社會效應。

（2）電池安全性高，對環(huán)境友好。

氫燃料電池由極板夾著很薄的電解膜構(gòu)成。在電解膜一側(cè)的陽極上，氫被諸如鉑一類的催化劑分解為電子與質(zhì)子。質(zhì)子可以穿過電解膜，與空氣中的氧生成水蒸汽排出，而電子則統(tǒng)統(tǒng)被電解膜攔下，集中起來生成電流。這一過程是在物質(zhì)的原子水平上發(fā)生的，從理論上講，基本上沒有熱輻射，就是在實際的應用工作過程中，電池的溫度最高也不會超過100℃，如果再采取一些冷卻措施，則溫度會更低。由于燃料電池失能甚微，即使隔膜裂了也不會發(fā)生爆炸。加之電池組件是固態(tài)材料構(gòu)成，由此也就從根本上避免了類似于純電動汽車因電池熱失控和溶液（劑）泄漏等而導致的安全隱患，可獲得高的安全性。要說氫燃料電池汽車在安全方面還有什么薄弱環(huán)節(jié)的話，儲氫裝置（或容器）可算得上是一個需要認真對待的東西（下面將涉及），但因已經(jīng)有比較成熟的技術(shù)可以應用，氫燃料電池汽車的安全性基本上與傳統(tǒng)汽車的相當，并無特別之隱憂。關(guān)于氫燃料電池在全壽命周期內(nèi)對環(huán)境的影響，就整體而言，其構(gòu)成材料基本上沒有毒性，在制備、使用和回收處理環(huán)節(jié)，不存在對環(huán)境的污染問題。當然，這主要還是理論認識。在世界范圍內(nèi)，氫燃料電池汽車尚處在少量示范運用的階段，積累的實踐經(jīng)驗少，若大量使用時，燃料電池究竟對環(huán)境是否會產(chǎn)生明顯的負面影響，還要由實踐來回答。

（三）存在的主要問題與難點

盡管氫燃料電池汽車具有如上所述的諸多優(yōu)點，但因其是一個完全創(chuàng)新型、革命性的技術(shù)產(chǎn)品，不可避免的會有一些不完善和需要改進的地方，特別是在21世紀初葉及之前的早期（或者說前期）階段，還存在以下主要問題與難點。

1、燃料電池發(fā)動機技術(shù)性能需大幅提高

早期階段，燃料電池發(fā)動機的技術(shù)性能欠佳，需要極大改進才能滿足實際使用要求，主要涉及以下幾個問題。

一是燃料電池的功率密度較低，整個燃料電池發(fā)動機輸出的功率受到局限；并且，由于其動態(tài)響應較慢，在汽車均速行駛時問題尚不突出，而工況改變時，如在加速或爬坡需要更大功率的情況下，就顯得很困難，影響到汽車的正常使用。

二是燃料電池發(fā)動機的耐久性較差，使用壽命較短。在前期階段，國際上燃料電池發(fā)動機的使用壽命普遍不超過3000小時（美國能源部制定的、可滿足正常使用要求的2020年目標為5000小時），與實際應用的要求還有不少差距；燃料電池汽車行駛4～5萬公里后，功率即下降約40%，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機普遍可保證汽車行駛50萬公里以上相比，還遜色得多。

三是燃料電池發(fā)動機的環(huán)境適應性較差，尤其是低溫情況下起動比較困難（純電動汽車也有這種弱點），不能很好滿足天氣寒冷時的汽車正常使用要求。

2、系統(tǒng)可靠性要求高

為使燃料電池發(fā)動機具有足夠大的輸出功率而驅(qū)動汽車，需要把成百上千（乃至更多）個單體燃料電池集成于一體，構(gòu)成燃料電池堆，不僅要求每個部件都具有一致的質(zhì)量，而且串聯(lián)作業(yè)時也不允許有任何的差錯。如果單體電池間由于水、熱、壓力、燃料供應以及膜的情況的不同而出現(xiàn)性能上的差異，那么電池堆內(nèi)部就會出現(xiàn)不平衡性，從而影響電池發(fā)動機的正常工作。例如燃料電池的核心部件膜電極制備，其可靠性要求就很高，需要高度關(guān)注單片膜電極制備的均一性和膜電極批量生產(chǎn)的一致性等。

除此之外，燃料電池發(fā)動機還比較復雜，由許多不同的部件或單元組成，它們之間也要有完美的匹配?？傊?，燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)技術(shù)含量高，創(chuàng)新的潛力大，系統(tǒng)可靠性要求也很嚴苛。

3、氫燃料電池汽車制造成本高

在氫燃料電池汽車的前期發(fā)展階段，根據(jù)不同的科技文獻資料的粗略估計，氫燃料電池汽車的成本是傳統(tǒng)汽車的數(shù)倍乃至10倍。尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池，要使用價格昂貴的鉑金屬催化劑，不僅導致電池成本高升，而且還要受到鉑金屬礦產(chǎn)資源有限的約束，因為世界上鉑礦儲量不多。

4、氫燃料供應是大難題

氫燃料電池汽車的燃料供應等基礎設施，與傳統(tǒng)汽車的完全不同，需要從頭建起（當然，也可以利用現(xiàn)有加油站的部分設施進行改造，但終究要從頭來），是一個龐大復雜的系統(tǒng)和網(wǎng)絡，將經(jīng)歷一個較長的時期才能逐步建立形成。并且，在氫燃料供應的各個環(huán)節(jié)上，都要進行技術(shù)創(chuàng)新和一定的投資。其中，以下問題需要重點解決。

首先是氫的制取。比較理想的、符合可持續(xù)發(fā)展要求的制氫途徑：一是本著“廢物利用”和“循環(huán)經(jīng)濟的”原則，通過工業(yè)（比如化工、鋼鐵行業(yè)等）副產(chǎn)品和煤層氣（俗稱瓦斯）等制氫；二是通過清潔可再生能源電解水制氫；三是通過陽光直接分解水制氫。經(jīng)由這三種途徑而經(jīng)濟的大批量制氫，需要進行技術(shù)創(chuàng)新才能突破各種障礙。

其次，需要通過技術(shù)進步而獲得安全可靠的管道輸送氫和車載儲氫的技術(shù)解決方案。就車載高壓儲氫而言，為使儲罐能存儲更多氫以保證汽車有長的行駛里程，就得提高儲罐的壓力，由此，就要確保罐的高壓安全性和密封性。若車載容器內(nèi)是液態(tài)氫，則需要有足夠低的局部環(huán)境溫度等等，同樣涉及一系列的安全問題。

再者，從理論上分析，雖然加氫站的設置密度沒有純電動汽車充電站的那么高，但建設起來卻比后者要復雜，牽涉面也更廣些。（未完待續(xù)）