近日，比亞迪(01211)向投資者透露正在研究氫燃料電池。實際上，今年5月份比亞迪就已經與美國混合動力公司達成協議將合作研發氫燃料電池客車。

不止比亞迪，據了解，國內企業濰柴動力(02338)、長城汽車(02333)等，都先后布局氫燃料電池，日本豐田更是早在1992年就開始了氫燃料電池汽車的研究。

那么這個氫燃料電池究竟是怎樣的“黑科技”，讓各大汽車廠商接踵而至？而又是什么原因，讓氫燃料電池汽車上路的腳步備受考驗？

氫燃料電池：新能源終極解決方案？

當前市場上的動力電池，鉛酸電池是大頭，再者是鋰電池，燃料電池只有極小一部分。

燃料電池是不是新能源的終極解決方案，下面用一些簡單的數據回答一下。

鉛酸電池和鋰電池都屬儲能電池(二次電池)，即需要先充電再放電，其本質為可逆的金屬元素的氧化還原反應。拿鉛酸電池來說(下圖)，左到右為放電過程，右到左為充電過程，由電子守恒可知該反應為2電子反應。鋰電池原理類似，只不過是單電子轉移反應。

從元素周期表可知，鉛相對分子質量為207.2，鋰為6.9，也就是說每轉移一個電子，需要的鉛和鋰分別為103.6和6.9。

我們再看看一下氫燃料電池，在陽極和陰極分別加入氫氣和氧氣(空氣)，在催化劑的作用下發生反應并放電。有反應式可知每個氫原子可轉移一個電子，反過來說轉移一個電子需要的氫為1。

經對比，發現氫燃料電池轉移一個電子比鉛酸電池和鋰電池需要的質量更小，簡單地說，就是能量密度更大。氫能的能量密度占據絕對優勢。

事實上還遠不止如此。由于在實際反應中，電池的能量轉換會有損耗，二次電池的充放電過程相對燃料電池的直接放電損耗更嚴重。由于不受卡諾循環限制，燃料電池理論能量轉化效率可達90%以上，實際效率可達到60%。

在實際應用過程中，氫燃料電池也有儲能電池不可比擬的優勢，即“充氣五分鐘，續航一千里”，充氫5分鐘可行駛500公里，而儲能電池此時還趴在充電樁吸取能量。

理論上，氫燃料電池集合了汽油車的高能量比、即充即走，以及超越儲能電池的高能量轉換效率、無污染的優點，可謂新能源車的終極解決方案。

既然優點這么多這么明顯，然而為什么氫燃料電池汽車還未大規模上路？這就不得不說說氫燃料電池車上路的幾個“絆腳石”了。

氫燃料電池車的挑戰是什么？

首先，一輛車想上路，絕對不僅僅只是一輛車自己的事情，它涉及到氫氣的制取——儲運——加氫站——汽車充氫，同樣燃料電池系統的組裝需要電極板、電解質、交換膜、催化劑、擴散層等部件。

那么問題就來了，氫氣要怎么制取？目前主流的制氫方式有煤制氫、氯堿副產物制氫、電解水制氫等，這個弊端還是很明顯的。

相關分析認為，先不說煤制氫將煤中的化學能多了幾道程序，如果氫氣不純含有二氧化碳或者一氧化碳，很容易將電池的催化劑毒化。氯堿副產物制氫依賴于工業品生產布局，不適于大規模推廣。

電解水制氫也是走了其它能源——電能——化學能——電能的長路子，不過如果初始能源是清潔能源如風能、太陽能還好，如果是其它形式能量則就得不償失了。

另外，氫氣為氣體，其體積密度極小，這為儲存運輸帶來了很大的困難。一是儲存能量比低，一是安全性差。再加上目前加氫站布局又少，這就很難受了。

從電池本身來說，高成本、“敏感體質”都讓這位顯得有些高冷。目前氫燃料電池的催化劑主要使用鉑，雖然也有關于其它催化劑的研究，但奈何鉑還是性能最好的，不得不用。而且催化劑、交換膜都顯得有些“嬌氣”，一鬧脾氣就容易生病甚至罷工。

既然問題重重，為什么還要研發氫燃料電池呢？

堅持研發，只因機遇在這里

最大的困難不是它本身，而是不知道困難在何處。如果能看到難點在哪里，辦法總比困難多。

針對制氫問題，由于太陽能、風能發電等具有不穩定性，所以目前的措施是將電能儲存起來，而實際上將這些電能直接進行電解水制氫也是一種良策，這樣便形成了太陽能/風能——電能——氫能——電能的轉化路徑，全程無污染，還能充分利用太陽能和風能。

至于氫氣的儲存運輸，目前的碳纖維+凱夫拉復合材質的儲氣罐儲氣壓力可達70MPa，針對整車儲氫，豐田Mirai之父田中義和設計的特殊泄壓閥以及考慮碰撞保護的車身設計，大大提升了車身儲氫的安全性。

而“加氫難”的問題也將隨著加氫站的布局得到解決。由于日本在氫燃料電池汽車方面走在前列，加氫站的布局也較密集。而國內的加氫站也在漸漸增加，東莞2016年就啟動了百億氫產業發展基金，今年8月份佛山市8座加氫站項目聯合動工。

由于技術的進步，目前燃料電池的鉑負載量已經大大降低。據了解，目前國內每千瓦的鉑用量大概0.3g，而國際先進水平可達0.06g以下。豐田Mirai使用經過多次優化的鉑-鈷-碳復合材料，單車鉑用量降低到了20g，且具備相當程度的可回收性。而質子交換膜的性能也隨著優化逐漸提升，氣體擴散層可對電池進行有效水管理解決水淹問題。

所以，存在的各種問題已經在解決或改進中，眼前可能呈現的機遇越來越多。

在新能源電動汽車補貼退坡背景下，國家對燃料電池的補貼不降反升。長城汽車在去年底就宣布進軍氫燃料電池車，計劃2022年推首款車型。濰柴動力董事長譚旭光7月底公開表示，將以濟南為主，推動2000輛城市公交車的氫燃料發動機的落地。

比亞迪表示，不僅已經開始了氫燃料電池的研發，對于其它前沿電池技術也有研究，并會根據未來技術和市場因素做及時的調整和布局。

雖然這是“鉛酸當頭，鋰電正興”的時代，但兩者存在的問題卻不容忽視。氫燃料電池作為新能源的一員，在理論技術上是一大突破。即便還不成熟，但堅定信心提前布局，也許你就是第一個吃到螃蟹的人。