汽车燃料动力电池到底安不安全？成本如何？挑战何以应对？

新能源车牌“D/F”何意？枪击氢气瓶、点燃燃料动力电池车会爆炸？埃隆•马斯克何以被怼？甲子之年为何精彩纷呈？

为加快新能源汽车及燃料动力电池产业化进程，财政部、工信部、科技部、发改委、国家能源局联合公布《有关开展燃料动力电池车示范应用的通知》，4年城市群示范期将“以奖代补”对完成情况给予奖励。

我国的燃料动力电池卡车车队

新能源汽车号牌：“D”代表纯电动汽车，“F”代表非纯电动汽车（包括插电式混合动力和燃料动力电池汽车等）。

虽然有政策支持，但从核心技术、基础设施和产业链建设方面看，目前国内氢燃料动力电池产业仍处于起步阶段。迄今为止，我国仅累计推广燃料动力电池车7200多辆，加氢站80多座，与400多万辆的电动汽车保有量相比，氢燃料动力电池车相去甚远。

氢差不多是宇宙中最丰富的物质。水就是氢与氧气结合形成的。不过，要获得燃料动力电池使用的氢气，必须对水进行电解，然后与氧气结合以驱动燃料动力电池或将火箭发射升空。

氢燃料动力电池通过质子交换膜（pEM）有效地从空气和氢气中出现零排放电力，而无需使用有毒材料。

燃料动力电池出现的是直流电（DC）。它是通过将氢电子传导通过阳极而出现的，在阳极氢电子穿过外部电路并返回到阴极。然后，逆变器将DC转换为给电机供电的交流电（AC）。

氢燃料动力电池工作原理

氢气高度易燃。1937年德国兴登堡号氢气球突然起火，科学家到今天都没搞明白起火原因。有人认为是气球穿越雷雨云时积累了太多静电，引燃了泄露的氢气；还有人觉得是飞船气囊材料的化学变化导致起火。

1937年德国兴登堡氢气球灾难

事实上，有关氢有一些误解。在空气中，氢气的燃烧范围很宽，当氢体积比浓度为4%-75%时都能燃烧。

让我们看看一个有趣的氢气瓶枪击试验，当子弹击穿35Mpa氢瓶时，由于氢气以极快的速度向上喷射（氢比空气轻约14倍，上升速度远快于其与周围氧气的反应速度），并没有发生氢气爆炸。

氢气瓶枪击试验

另一个是氢气瓶火烧试验，氢气燃烧前一秒火焰最大，一秒之后火焰骤降，15秒内火焰熄灭，氢瓶依旧没有爆炸。

氢气瓶火烧试验

第三个是氢燃料动力电池车与汽油车燃料泄露点火试验。氢燃料动力电池车火焰是从后备箱往上窜，汽油车是汽油向下流；一分钟后前者依旧向上燃烧，汽车基本没有损坏，而汽油车已变成一个大火球。

通过三个试验可以看出，氢气爆炸并非我们想象的那么容易，氢气要比汽油安全。

氢燃料动力电池车与汽油车燃料泄露点火试验

1839年，英国科学家WilliamRobertGrove用电将水分解成氢和氧，即燃料动力电池的电解实验，是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。

1958年，美国出现了真正实用的燃料动力电池，输出功率为5kW，工作温度为200℃，其电力足以开动电车和风钻。

1965年，体积小、重量轻、效率高、无污染的燃料动力电池率先用在美国“阿波罗”太空飞船。

1979年，巴拉德动力系统公司（BallardpowerSystems）成立，至今已申请专利超过1500项，垄断了全球超过70%的氢燃料动力电池份额，奔驰、大众、福特、丰田和本田等都在使用其技术。

1998年，巴拉德展示了运营服务和试验项目的三辆车燃料动力电池客车。

2017年，巴拉德成为首家为客车供电的燃料动力电池公司，运营服务累计超过1000万公里。

巴拉德公司总裁兼CEORandyMacEwen针对特斯拉CEO埃隆·马斯克（ElonMusk）对燃料动力电池汽车的抨击反唇相讥：“马斯克错误地将其称为‘傻瓜电池’，但可以肯定：2020年是氢和燃料动力电池行业历史上最大的一年。”为何？他有三个理由。

RandyMacEwen很自信：燃料动力电池已准备就绪

一是性能：燃料动力电池是中型和重型车辆电气化的唯一可行方法。传统上，车队运营商使用柴油来获得重载、远程、加油快和路线灵活性；而燃料动力电池电动汽车（FCEV或FCV）除了类似体验，还实现了零排放、低噪音、低振动、快速平稳加速，里程更长，充电更快。

二是低成本：FCEV将是下一个十年中最实惠的选择。随着制造技术的成熟、规模经济提高、氢燃料成本的下降和基础设施的发展，它将变得更加便宜。三是可持续性：FCEV将从柴油中型和重型动力车转向替代动力总成系统。预计到2020年，由绿色氢驱动的FCEV能够供应最可持续的解决方法。

绿色氢的生产、运输和存储方式

甲子之年，全球疫情泛滥，但对燃料动力电池车行业来说，2020年仍是精彩纷呈：三月：powerCell收到博世100万欧元的powerCellS3氢电池堆订单。

四月：沃尔沃与戴姆勒成立卡车燃料动力电池合资公司，开发和生产重型车辆燃料动力电池系统。

六月：丰田与北汽、广汽、一汽、东风、亿华通等公司签署合营协议，成立“联合燃料动力电池系统研发（北京）有限公司”，研发制造卡车燃料动力电池；

七月：戴姆勒卡车完成燃料动力电池量产技术方法，对覆盖燃料动力电池生产每个过程的最新设备进行投资。

八月：TÜV南德意志集团国家工程实验室宣布，正在开发加氢站计量和定价标准，确保最终用户得到精确的流量计量和公平收费；

马勒推出两款用于燃料动力电池的新型模块化空滤解决方法，开发者不用每次针对不同车型重新设计，而能够使用现成的通用组件，大幅缩短开发时间，节约成本。

九月：奔驰公布3款采用氢燃料动力电池和电动电池系统的概念卡车，用于城市或长途行驶，续航里程有望超过1000公里；

丰田汽车与电装共同开发燃料动力电池汽车，以丰田“Dyna”轻型卡车为原型，搭载丰田MiraiFCEV的燃料动力电池系统；

马勒与巴拉德达成协议，未来将共同为不同重量级商用车开发燃料动力电池系统。

十月：丰田宣布，以氢燃料为动力的续航651公里的量产版第二代丰田Mirai将于十二月公布；

道路测试中曝光的丰田Mirai将于2021年上市

以氢原子量1.008（10.08）命名的美国“国家氢与燃料动力电池日”第六度上演，重申高效、清洁、安静的燃料动力电池不会燃烧；

东北首条氢燃料公交线路在白城市投入运行，15辆氢燃料动力电池公交车由一汽解放设计制造；

大连市首辆自主研发制造、具有完全知识产权的“海豚精灵”氢燃料动力电池客车在一汽客车（大连）正式下线；

吉利商用车集团向淄博市公交公司交付50辆氢燃料动力电池公交客车，累计订单达100辆；

华菱星马与内蒙古圣圆能源集团签署战略合作框架协议，后者向华菱星马采购20辆氢燃料动力电池牵引车。

……

与传统车辆外观差不多，FCEV的核心是燃料动力电池堆（FC堆）。通过电池堆将车上存储的氢气与空气中的氧气反应转化为电能，由二次电池（如锂离子电池）为车辆电机供应动力。

燃料动力电池模块和电池堆

FCEV用氢气罐储存燃料，电池堆和二次电池都比纯电动汽车电池小很多，大大减少了其生产中的碳排放，间接新增了行驶里程和行李空间。

在效率方面，由于无需燃烧，理论上氢分子中的83％能量可转化为电能，是汽油发动机能效的两倍多，采用恢复制动可进一步提高效率。此外，多余的电力可分散生产，即插即用的便携式燃料动力电池可随时灵活存储和运输。

说到用户体验，FCEV一点也不逊色。氢能量密度高，一公斤氢气含多达3.3升柴油的能量。乘用车行驶100公里只需约1公斤氢气，一辆40吨的卡车只需7公斤氢气。充满或更换氢气罐只需几分钟，乘用车续航里程可超过500公里；商用车更可达1000公里；另外，FCEV低温（-30℃）启动性能远优于锂离子电池。

氢的能量密度远超传统燃料

推广燃料动力电池车的最大障碍是比充电站贵几倍的加氢站成本（一座100-200万美元）。即使是确立了国家级氢能战略的德国，目前加氢站运营总数也不到100座，仅次于日本；我国有加氢站66座，全球排名第三，国土面积比例并不匹配。

还有氢燃料动力电池催化剂用的金属铂非常昂贵，比锂和钴贵得多；目前FCEV乘用车车型很少，可用性仅限于有足够数量加氢站的地区。

乘用车总拥有成本（TCO）轨迹

由90多个国际公司组成的国际氢能委员会（HydrogenCouncil）预计，在未来十年中，许多氢气应用的成本将降低一半，从而可以与其他技术竞争。

为了应对氢燃料车辆遇到的各种挑战，人们想了很多办法。

·模块化燃料动力电池控制单元博世燃料动力电池移动解决方法产品经理AchimMoritz认为，燃料动力电池电力驱动是一种长距离可再生能源，能够在交通运输领域实现持久变革。

AchimMoritz：燃料动力电池是长距离可再生能源

他介绍说，多样化的需求要多样化的解决方法。为了布局商用车之后的乘用车市场，博世推出了模块化乘用车燃料动力电池控制单元（FCCU），控制和监视所连接的系统组件，例