氢燃料电池汽车的发展与展望

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摘要：前言 随着人们生活水平的不断提高，汽车的保有量在逐年上涨，石油能源枯竭与环境污染问题也日趋凸显，汽车排放的废气造成的环境污染、温室效应以及海平面上升等问题已经成为人

前言

随着人们生活水平的不断提高，汽车的保有量在逐年上涨，石油能源枯竭与环境污染问题也日趋凸显，汽车排放的废气造成的环境污染、温室效应以及海平面上升等问题已经成为人们关注的焦点。虽然汽车的使用会对社会带来一系列的负面影响，但作为目前人们出行使用最频繁的工具之一，人们没办法因此而选择弃之不用[1]。最好的方式就是开发一种零污染，零排放的新能源汽车。氢燃料电池汽车作为新能源汽车的一种[2]，它以氢做为动力源，通过与氧气发生化学反应产生电能，可以直接驱动电动机，为汽车提供动能，且产生电能的过程反应产物是水，可真正意义上的实现零污染、零排放。为了推动氢燃料电池汽车工业的发展，世界各国已经陆续颁发了一系列与氢燃料电池汽车产业相关的扶持政策，鼓励企业、高校以及相关研究机构加大研究力度，加快布局抢占先机。然而由于技术尚未成熟，氢燃料电池汽车的产业化和商业化仍然面临着许多阻碍[3]。

1 国内外氢燃料电池汽车的发展现状

氢燃料电池汽车由于具有零排放，零污染、效率高以及能源可再生等优势，被认为是汽车工业可持续发展的重要发现。目前，国际的氢燃料电池汽车已经步入了技术与市场的示范阶段。我国由于氢燃料电池汽车起步较晚，正面临着技术创新难以突破、产业化基础薄弱以及科研人员缺乏等问题。这一系列的问题，大大阻碍了我国氢燃料电池汽车的发展。

1.1 国外氢燃料电池汽车的发展现状

由于国外在氢燃料电池汽车领域起步较早，目前已经基本实现将传统汽车平台改造成为氢燃料电池汽车平台的生产模式，日本和欧美在氢燃料电池汽车研发水平方面处于世界领先位置，在氢燃料电池汽车的安全性、可靠性等方面取得了重大突破，并陆续推出了先进的氢燃料电池汽车。如丰田汽车公司研发的Mirai、日产的Xtrial、奔驰的F-Cell、通用的Equinax 以及现代的LX35 等，都是氢燃料电池汽车的典型代表[4]。目前这些主流氢燃料电池汽车的性能指标如表1所示。

表1 主流氢燃料电池汽车的性能指标?

相较而言，丰田汽车公司研发的Mirai 综合性能较好，特别是在氢燃料电池催化剂铂的用量方面，远低于其他车型，铂最为一种贵重金属催化剂，降低铂的用量可大大降低燃料电池汽车的成本，提高氢燃料电池汽车的市场竞争力。

1.2 国内氢燃料电池汽车的发展现状

在我国，随着政府对氢燃料电池汽车产业的大力扶持，以奇瑞、长安、一汽以及上汽为代表的汽车公司也相继对传统的汽车平台进行改造，但是由于尚未掌握燃料电池的关键技术，目前生产制造的氢燃料电池汽车综合性能相对较差，仍处于试运行阶段[5]。

尽管丰田汽车公司的氢燃料电池汽车研发技术处于世界领先水平，截止到2017年底丰田Mirai 占到全球氢燃料电池乘用车销量九成以上，但也仅仅销售5300 辆，就目前的发展情况来看，氢燃料电池汽车在短期内难以产业化[6]。

2 阻碍氢燃料电池汽车发展的因素

尽管国外的氢燃料电池汽车技术较为领先，但是距离实现产业化和商业化还有很长的路要走，阻碍燃料电池汽车发展的因素还有很多，主要有氢燃料电池成本过高、加氢站太少、氢气补给困难、氢气制取困难以及消费者认可度较低等因素。

2.1 氢燃料电池成本高

氢燃料电池不仅制造技术要求高，且采用的铂催化剂、电解质膜和双极板的成本较高。目前氢燃料电池组中都使用铂作为催化剂，这种金属价格高，在寻找到其替代品之前，这将会一直是阻碍氢燃料电池发展的重要因素。由于要求氢燃料电池中的电解质膜必须具有较强的氧化和还原稳定性，所以电解质膜的价格较高，目前氢燃料电池所用的电解质膜每平米约600 美元。氢燃料电池中的双极板采用的是石墨材料，制造石墨双极板需要在2500℃以上进行，且要求石墨双极板要达到不透性要求，导致其加工过程成本过高。以丰田Mirai 为例，当每年生产氢燃料电池的系统生产能力达到50万个时，催化剂、膜和双极板的成本将占到整个氢燃料电池成本的80%左右[7]。

2.2 加氢站太少，氢气补给困难

氢燃料电池汽车的发展，免不了加氢站的建设，建设加氢站成本过高也是制约燃料电池汽车发展的主要因素之一。目前在国内建设一座加氢站的投资在200～250 万美元之间[8]；日本建设一座中型加氢站投资在500～550 万美元；在美国约需要280～350 万美元[9]，从加氢站的投资建设来看，我国在建设成本上具有一定优势。近年来，全球加氢站的数量不断增长，2015-2018年全球加氢站数量如图1所示，2018年年底，全球的加氢站数量达到了369 座，其中欧洲为152座，亚洲为136 座，北美为78 座。截至2018年年底，我国已建成或在运营的加氢站有26 座[10]。从整体上来看，全球的加氢站数量依然只是沧海一粟，过少的加氢站非常不利于氢燃料电池汽车的普及和推广。

文章来源：《经济与社会发展研究》 网址: http://www.jjyshfzyj.cn/qikandaodu/2021/0121/1106.html

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