豐田Mirai

眾所周知，制約燃料動力電池技術發展和普及的兩大瓶頸：一個是氫氣的儲存，另一個是燃料動力電池堆的制造成本。也正因為這兩個瓶頸導致燃料動力電池技術很難在短時間內普及，并且價格居高不下。電堆的核心材料：質子交換膜配方，只掌握在少數公司手中。而另一瓶頸，氫氣儲存技術則決定了燃料動力電池車的續航里程、空間布局和總體效率。

我們了解豐田的Mirai之所以看起來比普通車型怪異，其實質是因為儲氫罐會占用后排許多縱向空間，從而導致車尾略顯臃腫。而豐田在儲氫技術方面已經達到了世界先進水平。

燃料動力電池

在國內所能掌握的儲氫技術基礎上，攜帶同樣重量的氫氣，可能儲氫罐的體積會更大。因此，氫的儲存效率既會影響到續航里程，也會影響整車造型和車內空間使用率。可以說各大車企在研發氫燃料動力電池車的同時都在不斷提高氫氣的儲存效率為了獲得更大的儲氫壓力，紛紛在開發更高性能的密封材料。而國內有一家公司正在反其道而行之，研發固體粉末制氫技術，并且正在裝車實驗。那么什么是固體粉末制氫呢？它是怎么樣可以取代高壓儲氫罐的？本期來為大家解讀。

邊制造氫，邊使用氫，讓氫氣的攜帶更加容易更加安全

固體粉末制氫過程，其實是利用鋁與水發生化學反應出現了氫氣和氫氧化鋁，從而制得了氫氣。但是常識告訴我們，鋁與水并不發生化學反應，不然那些鋁制車身，鋁合金門窗在雨中還不都被溶解掉了？

的確，鋁金屬在常溫下并不會與水反應。如需反應要兩個條件，第一個條件是鋁與水的反應要建立在一定的溫度條件下；第二個條件是要去掉鋁金屬表面的致密氧化膜。我們了解雖然鋁性質比鐵更加活潑，但暴露在空氣和潮濕環境下并不會生銹，其原因就是鋁金屬單質與空氣接觸時會迅速被空氣中的氧氣氧化，形成一層致密的氧化膜，從而阻隔了與氧氣的進一步接觸，這就是鋁不會生銹的原因，也是用鋁鍋加熱水而不會發生化學反應的原因。所以要想讓鋁與水發生反應，必須去掉氧化膜，并且加熱到一定溫度就會置換出水中的氫氣，這些都要在實驗室條件下進行。

但是，要想把用鋁生產氫氣的化學反應小型化常態化，并且在汽車上使用，就必須解決反應溫度和反應速度的問題。所以必須要讓這個化學反應能夠在常溫下進行，并且制造氫氣的速度要比常態下快得多，才能夠滿足燃料動力電池的使用。國內一家公司經過8年的研發后，終于研發成功了一種可以促進鋁和水在常溫下劇烈反應的催化劑。這種催化劑既可以讓反應溫度實現更大的跨度，甚至在零下環境中也能正常進行，也可以調節化學反應速度，因此可以實現燃料動力電池動力對氫氣的要。

如何控制和優化氫氣制造的性能，達到燃料動力電池所需？

基于多年的研發和實驗，目前催化劑的性能完全可以滿足燃料動力電池車對氫氣要的制造速率，甚至制氫速度可以遠遠超過燃料動力電池所需。目前這家公司除了正在研發車用燃料動力電池制氫裝置以外，還在應用該技術研發魚類推進器。將傳統螺旋槳式的魚類推進方式，替換成氣體推進。因為通過調節催化劑的配方可以進一步提高鋁和水的反應速率，甚至可以在幾百毫秒內制造出體積比超出1000倍的氫氣，這幾乎可以像炸彈相同出現沖擊波。當然，用在燃料動力電池汽車上，只要讓氫氣生成速率跟得上燃料動力電池反應堆的發電需求即可，而這些都可以通過催化劑配方實現精準控制。

這種通過金屬鋁粉末與水發生反應生成氫氣的裝置，幾乎可以淘汰傳統意義上的儲氫罐。而其能量密度遠遠高于目前市面上性能最好的高壓儲氫技術。同時也免去了氫氣的長距離運輸，加氫站儲存和車輛加注之苦。可以杜絕大量的因氫氣的運輸儲存造成的安全隱患。關于用戶來說，只要定期補充金屬鋁粉末和水就可以完成車輛的能源補給，方便、快捷、安全、清潔。

市場前景和對未來發展的預估

目前燃料動力電池反應堆的成本大概在每千瓦3000元以上。也就是說一套73.5千瓦（100匹）的燃料動力電池反應堆，成本超過20萬。算上匹配同樣效率的制氫設備的話，成本大概接近50萬。由于目前這項技術還在樣車試制階段，并沒有實現大規模批量化生產，所以商用成本還是較高的。假如能夠實現規模生產，逐步取代高壓氣罐儲氫的話，其前景還是非常好的。

我們了解，目前氫氣在工業上的重要獲取方式有電解水和化工副產品這兩個渠道。但是電解水要耗費大量電能，仍然存在污染環境、排放二氧化碳的弊端。而化工產業雖然會出現大量的氫，這些氫足以滿足人們的日常使用，但要想提純這些氫氣還要大量的設備和能源的投入，所以也不是一個十分環保的做法。

那么這種用鋁和水發生反應出現氫氣的過程，則是一個相當環保的過程，并且不會耗費能源。另外，反應后的產物除了高純度的氫氣以外，還有納米級的氧化鋁。這種納米級的氧化鋁在工業上價格非常高昂，是用來制造人造藍寶石、高科技耐磨陶瓷的原材料。

所以假如可以實現反應后產物的回收，則基本可以找補回制氫設備的成本差價并抵消使用過程中添加耗材的成本。所以，假如再算上國家對氫燃料動力電池的大力補貼，那么這項技術實現大規模商業化的前景還是可以期待的。一旦規模化生產以后，整個系統的成本還能夠進一步的降低，在能量攜帶效率上將會遠遠超過傳統的高壓儲氫和三元鋰離子電池技術。