鉅大LARGE | 點擊量：595次 | 2021年11月08日
氫燃料動力電池車：加速推廣呼之欲出
今年二月，我國氫能源及燃料動力鋰電池產業創新戰略聯盟在北京成立。業內人士指出，這一跨學科、跨行業、跨部門的國家級氫能產業聯盟的成立，預示著我國氫能及燃料動力鋰電池產業開始進入規范與加速發展新時期。氫燃料動力鋰電池在汽車能源和航天能源領域都體現了良好的適用性。在加注氫氣后，氫燃料動力鋰電池車利用車上的燃料動力鋰電池堆發生電化學反應，為汽車供應電力驅動。國際上，日本、韓國、美國和歐洲走在氫燃料動力鋰電池產業前列，日本見證了第一輛氫燃料動力鋰電池車的商業化運營，也是世界上擁有加氫站數量最多的國家。隨著政策大力推動產業發展，有機構預測我國燃料動力鋰電池車保有量將在15年內超過200萬輛，成為世界最大燃料動力鋰電池車市場，同時迎來技術、設施、市場等方面的突破。
●本報記者馬明軒
在日前舉辦的北京國際汽車展覽會上，現代的一款小型SUV汽車NEXO在品牌展臺中間分外顯眼。不僅是因為它銀灰色的前衛外形和“太空吊艙”的設計，而且還因在其旁邊展出的氫燃料動力鋰電池堆。以氫燃料驅動的NEXO汽車能夠真正實現“零排放”，最長續航達805千米，加氫時間僅需5分鐘。
感興趣者一旦問起價格和發售時間，卻會被告知“不在我國出售”。當前我國僅有的7座加氫站全部沒有投入商業運營，燃料動力鋰電池車也以商用車為主。就全世界范圍而言，市場上能買到的燃料動力鋰電池乘用車僅有3款，分別為豐田Mirai、本田Clarity和現代ix35FC，其中Mirai汽車銷量占比超過75%。
不過這一現狀很快將成為歷史。2017年，全球氫燃料動力鋰電池車銷量為3260輛，這個微乎其微的數字，已經比上年上升了40%。有機構預計，在燃料動力鋰電池車快速發展的勢頭下，全球燃料動力鋰電池車保有量將在15年內突破500萬輛大關。我國也將成為全球燃料動力鋰電池汽車的最大市場。
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氫燃料動力鋰電池由來已久，成新能源車領域黑馬
我國研發燃料動力鋰電池已有40余年，對氫燃料動力鋰電池車的研究已有20個年頭。氫燃料動力鋰電池車使用氫元素制成燃料動力鋰電池，為汽車供應動力。燃料動力鋰電池利用氫氣和氧氣發生電化學反應，氫氣會失去電子成為離子態，燃料動力鋰電池通過離子膜擋住電子，只讓離子通過，這時電池形成正、負極，連接上導線就會形成電流。假如把燃料動力鋰電池連在電動機上，就可以驅動電動機。
世界氫燃料動力鋰電池車的發展到現在，經歷了三個發展階段。第一階段是1990～2005年。1990年美國能源信息署開始推出氫能和燃料動力鋰電池研發和示范項目，世界發達國家和地區紛紛加緊氫能與燃料動力鋰電池的研發部署，但當時人們對研發難度的預估不足，經過路測卻發現燃料動力鋰電池不適用于當時汽車的工況。
第二階段是2005～2012年。人們用7年時間終于解決了燃料動力鋰電池的工況適應性問題，燃料動力鋰電池比功率達到了2千瓦/升，在零下30攝氏度也能儲存和啟動，基本上滿足了車用要求。
第三階段是2012年至今，豐田燃料動力鋰電池比功率達到了3.1千瓦/升，并在2014年十二月十五日宣布，“未來（Mirai）”氫燃料動力鋰電池車實現商業化，進入商業推廣階段，其后，本田與現代也推出了燃料動力鋰電池商業化車。因此，從商業化角度，有人把2015年譽為燃料動力鋰電池汽車的元年。
3年來，氫燃料動力鋰電池車的發展勢如破竹。在日前召開的2018燃料動力鋰電池與氫能產業峰會上，勢銀智庫指出，2017年全球燃料動力鋰電池車銷量由上年的2312輛快速增至3260輛，當前占新能源乘用車銷量的0.27%。
下一個革命性能源產品，與電動汽車差異大
氫燃料動力鋰電池車與純電動汽車相比，其驅動裝置雖然同為“電池”，但燃料動力鋰電池的工作方式與純電動汽車的干電池不同。燃料動力鋰電池是能量轉化系統，通過供給氫氣和空氣，發生電化學反應后排出產物水，因此，氫燃料動力鋰電池是內燃機式的發電裝置。
此外，在電池質量密度上，氫燃料動力鋰電池與傳統電池的差異也十分明顯。質量密度就是電池平均單位質量所釋放出的電能，鋰離子電池的理論上限是300瓦時/千克，預計2020年鋰離子電池的質量密度可提升至350瓦時/千克。但是氫燃料當前已經做到全系統600瓦時/千克，理論上限是1萬～2萬瓦時/千克，還有很大提升空間。
近來，電動汽車全生命周期的環保性受質疑。由于電動汽車發電的來源較為廣泛，我國使用燃煤電站進行發電仍是主流，燃燒化石能源釋放氮化物、硫化物、碳氧化物及PM顆粒物。我國石油經濟技術研究院的報告指出，考慮到火電占我國全部發電量的72.2%，同時考慮到燃煤發電站效率及電力輸送損失率，一輛全生命周期（按照行駛60萬千米計算）的純電動汽車的PM顆粒物排放量為0.38噸，而傳統汽油轎車的排放量為0.16噸，天然氣汽車排放量為0.13噸。純電動汽車的PM顆粒物排放量超過燃油車的一倍以上。
相比之下，氫氣作為清潔能源有很高的熱效能，燃燒之后的唯一產物是水，沒有任何污染，真正實現“零排放”。氫氣的來源也非常廣泛，除最常見的電解水制氫外，還有光伏制氫、風電制氫、可再生能源制氫等方式。
歐美布局前景光明，日韓技術遙遙領先
當前，全球加氫站數量約為400座。2017年，以殼牌為首的能源公司率先開展光伏制氫和風電制氫在美國加利福尼亞州及其周邊的商業化應用。據安思卓新能源統計，截至目前，美國共有加氫站65座，其中加利福尼亞州44座、夏威夷州4座、俄亥俄州3座。
日本的加氫站已經達到101座，該國也是氫燃料動力鋰電池汽車申請專利最多的國家。作為氫能源技術水平最高的國家，日本將在2020年東京奧運會上展示“氫社會”的前景。屆時，日本氫燃料動力鋰電池乘用車保有量可達6000輛，是當前的3倍。
發達國家對燃料動力鋰電池車的規劃顯示出光明前景。氫云研究院的報告顯示，2020～2025年，歐盟、日本、美國的燃料動力鋰電池車存量陸續達到百萬輛級別。歐盟規劃，2020年氫燃料家用車比例達5%，2040年氫燃料家用車比例要達到35%；美國規劃2020年燃料動力鋰電池汽車產量達到20萬臺/年，2025年升至30萬臺/年；日本計劃2025年燃料動力鋰電池汽車保有量達到20萬輛，加氫站達320座，2030年燃料動力鋰電池汽車保有量要達到80萬輛。
我國或成燃料動力鋰電池車最大市場，仍需打破成本桎梏
勢銀智庫指出，全球燃料動力鋰電池車市場廣闊，2032年將由目前的不足一萬輛，突破500萬輛大關。根據《我國氫能產業基礎設施發展藍皮書》，我國燃料動力鋰電池汽車將在2020年突破1萬輛，2025年突破10萬輛，2030年達到200萬輛級別。屆時，我國將成為全球燃料動力鋰電池車最大市場。氫云研究院預測，2020年我國燃料動力鋰電池商用車保有量可達3.6萬輛，日加氫需求可由當前的8噸上升至272噸。
不過，在燃料動力鋰電池汽車的動力系統占整車成本達到50%的情況下，燃料動力鋰電池汽車的成本與燃油車難以匹敵。勢銀智庫測算，要與燃油車達到成本競爭優勢，燃料動力鋰電池汽車的單位成本至少要降低至50美元/千瓦，而目前在國內生產的成本高達1000美元/千瓦，前路漫漫。
打破成本桎梏，或可通過燃料動力鋰電池的規模化效應和技術進步實現。美國能源部測算，在現有技術下，假如實現每年50萬套燃料動力鋰電池動力系統的生產，每套動力系統的單位成本可降至53美元/千瓦的水平，與燃油車成本基本持平。此外，催化劑用量下降、質子交換膜和雙極板等材料改進，也將實現成本下降。
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