导语：随着新能源汽车的快速发展，动力锂电池受到行业的高度关注，甚至有车企重金投资动力电池领域，固态电池、燃料电池也在不断受到高度追捧。那么，未来是锂电池、固态电池、燃料电池齐头并进，还是氢燃料电池等引领潮流呢？对于氢燃料电池在乘用车上的应用，业内仍然存在一定的争议，这主要在于燃料电池商业化仍面临较大挑战。
一、氢燃料电池汽车带来投资热潮
在政策推动下，车企正在加大对氢燃料电池汽车投入的热情。
多年来，日本和韩国的汽车制造商一直在开发和推动氢燃料电池汽车。现代汽车集团在2021年9月7日氢之日“Hydrogen Wave”发布会上已提出，到2040年建立一个全球性的氢能社会。而德国近年来在氢燃料电池汽车领域的支持也让宝马和奥迪也加大了投入。基于宝马X5升级打造的宝马iX5 Hydrogen氢燃料电池车将在2022年实现小规模量产。奥迪则组建了研究氢燃料电池的团队，已经制造了一些氢动力原型车。
在中国市场，近几年的政策拉动在的一定程度上催热了中国燃料电池车的发展。长城汽车、上汽、吉利、广汽等均在这一领域均有所布局。近日，财政部等五部门发布的《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》明确指出，京、沪、粤三个城市群成为首批入选氢燃料电池汽车示范城市群的重点区域。若完成示范任务，每个城市群拟奖励金额最高18.7亿元，共56.1亿元，示范期暂定为四年。以北京为例，北京地区总目标规划是在2023年前建成37座加氢站，推广燃料电池车辆3000辆，在2023~2025年前，再新增37座加氢站，累计推广燃料电池车1万辆。
中国工程院院士衣宝廉在十七届中国汽车产业发展（泰达）国际论坛上表示，燃料电池有三个优点：一是能量比较高；二是电堆和氢罐是分开的，因此比较安全；三是在燃料电池续驶里程方面，加氢时间、驾驶的舒适型均可与燃油车媲美。
目前，韩系车和日系车由于布局较早走在前列。公开数据显示，现代汽车集团氢燃料电池乘用车销量在2020年占全球氢燃料电池乘用车市场的75%。截至2021年8月，现代汽车旗下的NEXO车型全球累计销量已突破1.8万辆，是全球最畅销氢燃料电池车。不过，这一数字在新能源汽车市场的占比依旧非常小。
现代汽车集团正在研发的第三代氢燃料电池系统，其尺寸更小、输出功率更高、价格更低。“第三代氢燃料电池针对乘用车领域的开发目标是质保达到50万公里，价格则比第二代氢燃料电池系统降低了50%以上。”现代汽车集团会长郑义宣表示，这是实现2030年氢燃料电池车在价格竞争力上媲美纯电动汽车目标的关键因素。宝马也预计在2030年左右将氢能汽车推向大众市场，并时刻关注着欧洲和其他市场关于氢能源政策的变化。
不过，对于氢燃料电池在乘用车上的应用，业内仍然存在一定的争议。这主要在于燃料电池商业化仍面临较大挑战。从国内市场来看，衣宝廉认为，一是目前燃料电池发动机贵导致一辆燃料电池车的售价是燃油车的两倍到三倍、是锂离子电池车的1.5到2倍；二是加氢站建设费用比较高，每个加氢站建设成本为1200万元到1500万元，同时在加氢站加氢的费用也较高，达到60~80元，只有降到30元以下才能和燃油车竞争，因此要实现无补贴的燃料电池商业化，必须大幅度降低燃料电池发动机的成本和氢气成本，同时降低加氢站的建设费用。
EVTank发布的《中国加氢站建设与运营行业发展白皮书（2021年）》显示，截至2020年底，中国累计建成118座加氢站，在建/拟建为167座。加氢站成本依旧非常高昂，是等规模的传统加油站投资费用的三倍，主要由于目前国内加氢站关键设备进口依赖还很高，国产替代亟需提速。此外，加氢站运营成本中氢气成本占比最大，接近运营成本的70%，由于制氢和运氢产业链条不够成熟，产业规模不大，导致氢气价格居高不下，这为加氢站的建设和推广带来一定成本压力。
而从燃料电池构成的成本来看，电堆是其主要组成部分，其他材料包括石墨、聚合物膜、钢等。过去，电堆中主要使用铂金催化剂，但其资源稀缺且成本较高，随着技术的进步，铂金催化剂的使用比例已有所降低。不过，与国际水平相比，国内燃料电池成本依然较高。“燃料电池车所用的电堆是用铂来做催化剂的，现在国内达到了每千瓦0.3克铂，国际上达到了每千瓦0.2克铂左右，要降到0.1克铂以下才能实现燃料电池商业化。”衣宝廉表示。
从车企规划上来看，2030年可能是一个关键的时间节点。同济大学教授明平文在第三届世界新能源汽车大会上也表示：“我们预测了不同规模下燃料电池电堆的成本，可以看到50万产量的时候成本降低非常大，希望通过规模化以及国产化推动氢能以及燃料电池的整个应用，希望在2030年绿氢成本能够真正的被市场所接受。”
另一方面，国内燃料电池在技术层面仍存在一些难点。“对于氢燃料电池，现在国内的制造工艺没有大的问题，但汽车供氢系统中的重要零部件车用氢气瓶口阀依然被国外技术垄断。此外，涉及燃料电池发电模块的部分材料技术仍需要进一步提升。”长城汽车氢能技术中心负责人马强在接受第一财经记者采访时表示。
燃料电池和我们常规概念里的电池又不一样，因为它不是储能设备，而是发电设备。专业的角度来讲，燃料电池是将燃料所具有的化学能直接转化成电能；例如，氢燃料电池核心是质子交换膜（只能让质子通过），这种膜将氢气分离成质子和电子（两个质子H+和两个电子e-），并让它们走两条路，质子通过质子交换膜与氧气氧化反应成水，流动的电子通过电路形成了电流，可以驱动及电动机或进入电池存储起来；通俗的说，燃料电池发电的最终产物就只有电和水。
二、既然燃料电池这么“环保”，是什么限制了其发展呢？有哪些技术难点呢？
1，燃料电池的核心技术在于——“质子交换膜”。而目前全球能够商业化供应氢燃料电池质子交换膜材料的公司除了美国杜邦之外，就只剩下日本境内的一家公司，但这家公司拒绝对任何国家销售该产品，这就为燃料电池的发展带来了阻碍。
2，燃料电池的动力系统是导致燃料电池车成本增加的主要原因，而且后续的“充能”也是主要问题。一座加氢能力大于200公斤的加氢站建设成本在1000万元以上，如此高昂的建设成本显然是加氢站快速发展的最大障碍。
3，再加上氢燃料电池的催化剂是铂金，要知道铂金全世界产量很低且价格昂贵，大概是黄金的2倍。
4，加氢站的投资和普通加油站乃至充电站是不可比拟的投入。就算未来氢燃料将成为主流，但是目前的技术问题仍然没有取得关键性的进步，再加上目前的氢燃料需求者并不多。所以如果国内的氢能源想要在未来电池市场分一杯羹，技术问题仍然是当前的急需解决的关键
5，燃料电池是串联系统对可靠性要求非常高的，非常难控制。
6，大功率电堆设计需要通过多学科跨尺度的联合仿真方法，这是电堆面临的最大挑战。试错成本很高，大部分需要靠计算，但计算很难。
备注：公开网络整理编辑
