氫能源汽車是實現(xiàn)國家從“碳達峰”到“碳中和”的一個關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)和實現(xiàn)手段。氫能源汽車通過搭載氫燃料電池獲得能量，其中的優(yōu)勢包括能量密度高、零排放和零污染，是理想型的汽車類型。汽車行業(yè)排放量和體量都很大，因此氫能源汽車也成為了整個氫能戰(zhàn)略的“試驗田”，而氫能的應(yīng)用也更容易在汽車上實現(xiàn)推廣和盈利。

 

新的動力源是車企的“必爭之地”。此前現(xiàn)代汽車集團提出了明確且“有野心”的氫能汽車商業(yè)化目標(biāo)。之所以稱之為有野心，主要基于亮點：一是現(xiàn)代汽車宣布自己的氫能汽車的成本將在2030年與純電動汽車持平；二是現(xiàn)代汽車想要在2028年率先成為全球第一個所有商用車型都搭載氫能電池的汽車廠商。

 

圖表一：現(xiàn)代汽車的氫燃料電池重卡XCIENT Fuel Cell的改進升級版車型

 

 

現(xiàn)代汽車看來已經(jīng)要重押氫能源汽車這個領(lǐng)域，并且拋出了“2040年全球氫能社會”的戰(zhàn)略目標(biāo)。不僅僅是現(xiàn)代汽車，事實上北汽、長城等國內(nèi)車企也在積極布局氫能源汽車。

 

根據(jù)國際氫能源委員會，預(yù)計2050年，氫能源將承擔(dān)18%的能源需求，而搭載相應(yīng)燃料電池的汽車將占據(jù)全球車輛的20%-25%。我國氫能源汽車的保有量僅僅只有7352輛，而中國汽車工業(yè)協(xié)會表示，純電動車的保有量達493萬輛。這也意味著相比于目前純電動汽車的高速發(fā)展，氫能源汽車離他的能源戰(zhàn)略目標(biāo)有著更遠的距離。

 

氫能源汽車作為新能源汽車的一種，也擁有著所謂的“成本魔咒”，因此限制了氫能源汽車的應(yīng)用和推廣。和所有新能源汽車一樣，氫能源汽車的困擾同樣來自于其搭載的氫燃料電池。

 

 

氫能源汽車的普及需要攻克的難點筆者認為主要有三個，一個是加氫站的建立，一個是氫氣罐的安全性，最后一個就是燃料電池的成本。

 

燃料電池的成本是以上三個當(dāng)中最突出的問題，因為燃料電池的成本是普通汽油機的100倍，極大地限制了氫能源的普及率。

 

氫燃料電池目前“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)就是氫能的催化劑。此前，我國要發(fā)展氫能，所需的催化劑必須向國外進口。因為相關(guān)技術(shù)的壁壘頗高，催化劑作為上游擁有較大的話語權(quán)，進一步推升了下游成本，限制了我國氫能源燃料電池的發(fā)展。

 

我國需要自主研發(fā)的氫燃料電池相關(guān)的催化劑專利，才能從源頭上解決氫能源的第一道關(guān)。

 

目前氫燃料電池的催化劑主要分為三個大類：鉑（Pt）催化劑，低鉑催化劑和非鉑催化劑。

 

氫燃料電池催化劑的分類

 

 

Pt作為好的催化劑可以吸附氫氣分子促成離解，是目前商用的首選，不過Pt的稀缺性很強，我國儲量也不豐富，日后氫燃料電池普及一定會使得需求增加，也會導(dǎo)致Pt的價格更高，給目前氫能發(fā)展造成更多阻力。

 

氫燃料電池的作用原理

 

 

來源：https://m.marciamck.com/news/2015-07-molecular-fuel-cell-catalysts-efficient.html，格隆匯整理

 

目前比較常用的陽極材料是Pt/C,一種將Pt的納米顆粒分散在碳粉載體上的搭載性催化劑。而陰極材料除了Pt/C之外，可以以其他二元合金的來做催化，如Pt-Co/C、Pt-Pb/C、Pt-Ni/C。

 

擺脫對鉑的依賴可以通過鉑的各種合金來可以降低其含量。另外一些新的探索也在路上：從木耳中提取的BF-N-950催化劑、MCOs活性位點的表面限制雙核Cu氧化還原催化劑、氮化鎳等等。

 

除零排放零污染之外，氫燃料電池的優(yōu)勢非常明顯：相對于傳統(tǒng)的動力源，搭載氫燃料電池有著較好的行進加速性、燃料適應(yīng)性、低溫啟動性，和高的能源使用效率。目前鑒于燃料電池的體積和續(xù)航能量強等特點，在我國該電池的主要應(yīng)用主要用于功能性得大型運輸設(shè)備中，例如重卡和牽引車。

 

氫燃料電池劣勢中，除了成本高昂之外，使用的氫燃料也是通過傳統(tǒng)能源制備而成，這也造成了搭載氫燃料電池的汽車相對于其他電動汽車在環(huán)保上優(yōu)勢欠缺。

 

氫燃料電池的形態(tài)將塑造不同氫能汽車的應(yīng)用場景

 

目前關(guān)于氫燃料電池的研發(fā)還有很多相關(guān)技術(shù)需要向發(fā)達國家靠攏。

 

國內(nèi)的部分企業(yè)已經(jīng)掌握了氫燃料電池的研究以及開發(fā)相關(guān)的技術(shù)，并且具備批量生產(chǎn)的能力。這些企業(yè)所掌握的氫燃料電池技術(shù)的各項指標(biāo)也有顯著提高，但是和日本等現(xiàn)行國家的水平相比，核心部件的耐久性和可靠性都有很大的差距。

 

從上文可知，關(guān)鍵問題就在于氫燃料電池的在開發(fā)和普及上的“昂貴”，而如果要實現(xiàn)平價氫能源汽車，一共有三個條件：第一是我國必須有自主氫燃料電池催化劑以及其他氫能源相關(guān)的專利技術(shù)，打破國際上主流對于該技術(shù)的壟斷；第二是尋求多個氫燃料電池的催化方向，降低硬性成本的要求，例如高昂的鉑價；第三實現(xiàn)加氫站的快速普及，使得氫能源汽車的行車環(huán)境更加友善，如果電池能量耗盡可以快速地更換燃料，帶來的規(guī)模效應(yīng)也可以降低氫能源汽車的成本。

 

在氫燃料電池上積極布局的公司不在少數(shù)：上汽集團發(fā)布的“氫戰(zhàn)略”、長城的“氫檸技術(shù)”、東風(fēng)公司的“東風(fēng)風(fēng)起”都涵蓋了氫能源電池的戰(zhàn)略布局和長遠規(guī)劃。

 

 

AutoSpace主編《2019氫能與燃料電池白皮書》

 

另外氫能源燃料電池隨著發(fā)展，也可以從體積和效率兩個方向入手：同樣的效率擁有更小的體積，同樣的體積擁有更多的發(fā)電效率。

 

氫燃料電池這兩個維度可以直接影響搭載氫能交通工具的使用場景：更小的燃料電池可以搭載的交通工具可以更多，例如小型的客車以及小型的船舶，應(yīng)用場景也更加廣泛，甚至可以開發(fā)出具有優(yōu)勢互補能力的混合動力型的汽車。而同樣的體積所帶來更高的發(fā)電效率可以大幅提高大型交通工具的續(xù)航能力，減少因為更換燃料所帶來的各種隱性成本。

 

 

可以看出，未來的新能源汽車格局是多元化的，除了純電動汽車之外，還有搭載氫能源燃料電池的汽車。根據(jù)動力源的特性，可以為不同的車型提供能量，而未來的發(fā)展方向也一定是互補的。

 

對于氫能源汽車來說，成本的關(guān)鍵在于氫燃料電池，而氫燃料電池的關(guān)鍵則在催化劑。催化劑所產(chǎn)生的效率和成本能讓氫燃料電池變得更加多樣，電池的多樣性將會催生氫能源汽車在不同領(lǐng)域持續(xù)長效的發(fā)展。

 

未來車企下苦功的關(guān)鍵技術(shù)核心就是電池技術(shù)，誰掌握了關(guān)鍵性的電池技術(shù)，誰就能在市場當(dāng)中形成比較優(yōu)勢，甚至搶先一步占領(lǐng)市場。