氫能源汽車是實現(xiàn)國家從“碳達峰”到“碳中和”的一個關鍵戰(zhàn)術和實現(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。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域，并且拋出了“2040年全球氫能社會”的戰(zhàn)略目標。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，預計2050年，氫能源將承擔18%的能源需求，而搭載相應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”的關鍵技術就是氫能的催化劑。此前，我國要發(fā)展氫能，所需的催化劑必須向國外進口。因為相關技術的壁壘頗高，催化劑作為上游擁有較大的話語權，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)的氫燃料電池相關的催化劑專利，才能從源頭上解決氫能源的第一道關。

 

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用主要用于功能性得大型運輸設備中，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用場景

 

目前關于氫燃料電池的研發(fā)還有很多相關技術需要向發(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)相關的技術，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的各項指標也有顯著提高，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的專利技術，打破國際上主流對于該技術的壟斷；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”、東風公司的“東風風起”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，成本的關鍵在于氫燃料電池，而氫燃料電池的關鍵則在催化劑。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域持續(xù)長效的發(fā)展。

 

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