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本文來自微信公眾號：與非網eefocus（ID：ee-focus），作者：三少爺，題圖來自：視覺中國
純電動汽車是不是終極形式的新能源汽車，氫燃料電池有沒有美好的未來，會不會替代純電動汽車？每隔一段時間，國內的新能源汽車行業都得來這麼一波熱議，尤其在電動汽車連續大爆發的這兩年裡，氫燃料電池的支持者們更加焦慮了。
熱議的焦點當然不是氫燃料電池系統的動力性有多強、經濟性有多好、動態響應能力有多出色。因為，在這三個與汽車上的商業化應用密切相關的指標上，氫燃料電池通通不敵鋰電池。
論動力性，氫燃料電池離不開鋰電池的調峰削谷。論經濟性，氫燃料電池技術受限於鉑金催化劑的昂貴，遠沒有達到可大規模量產並降低成本的地步。論動態響應能力，本身不儲存電量、需要通過氧化還原反應實時發電的氫燃料電池當然不敵已經存好了電、可以隨時放電的鋰電池。
講成本，豐田第二代Mirai定價75萬，長安深藍SL03氫電版70萬，增程版不到17萬。
講性能，氫燃料電池雖然有“電池”二字，但嚴格來說，它只是一種通過氧化還原反應發電的發電機，所以，即便是動力響應速度最快的質子交換膜氫燃料電池，其啟動時間也需要三到五秒，難以滿足汽車不斷加速、減速的工況要求。
既然如此，氫燃料電池的擁躉者們為什麼還如此地充滿期待呢？
他們自信心爆滿的依據主要來自兩點：能量密度遠遠高於鋰電池、可以實現零排放。可悲的是，這兩點論據其實都站不住腳。
能量密度的正本清源
氫燃料電池的支持者有一種罔顧科學的迷之自信，他們認為，氫氣的能量密度為120MJ/kg，換算到電量形式，相當於33.3kwh/kg，而當前能量密度最高的高鎳三元鋰電池能量密度也僅為300wh/kg，所以，兩者存在上百倍的差距。
但是，這種對比犯了一個很明顯的錯誤——錯把氫氣的能量密度和氫燃料電池系統的能量密度混淆了。
氫氣只是氫燃料電池系統的反應物之一，在重量上更是微不足道的“之一”。倘若直接比較反應物本身的能量密度，金屬鋰的能量密度為43MJ/kg，對應11.9kwh/kg，也能達到氫氣的36%左右。
所以，真正應該拿來對比的是氫燃料電池系統和鋰電池組的能量密度。
注意，這裡說的氫燃料電池系統，既不是單片燃料電池，也不是多片燃料電池串聯在一起的電堆，而是包括電堆、氫燃料電池發動機、PTC、空調、空氣壓縮機、高壓氫氣罐、氫氣循環泵、DC-DC所有零部件在內的氫燃料電池系統。
氫燃料電池系統結構
這裡的每個部件都是必不可少的，根據氫燃料電池的本質-氫氣、氧氣發生氧化還原反應，釋放電子和熱，排放水，簡單地給大家捋一捋每個部分的作用。
氫燃料電池氧化還原反應
氫氣這邊，存儲在35/70兆帕（350/700bar）的“氫氣儲存罐”里，先通過“氫氣壓力調節器”減壓到10bar左右，再通過“熱交換器”加熱到60-80度（質子交換膜燃料電池），再進入燃料電池組，通過“氫氣循環泵”參與下一輪氧化還原反應循環。
氧氣這邊，先將大氣壓（約等於1bar）空氣通過“空氣壓縮機”增壓到5-10bar，再通過“空氣加濕、過濾器”將對鉑金催化劑有害的二氧化硫和顆粒過濾掉，再送入燃料電池組。
產生的水要排掉，產生的熱要及時散掉，這就需要用到水箱和水泵。
另外，由於燃料電池單片一致性的原因，燃料電池堆不會串聯太多單片電池，所以，電堆發出來的電壓比較低，無法直接用到電機等高壓部件上，需要通過DC-DC把它升壓到400V左右且穩定的直流電壓。
這還不算完，單片燃料電池的內部結構也比較複雜，如圖3所示。氫氣和空氣要通過“流道”進入，通過“氣體擴散層”均勻地瀰漫到“催化劑”表面上，最中間是只允許氫離子通過的“質子交換膜”。從單片燃料電池到電池堆，最外面的燃料電池的流道外面還有集電極，集電極外面還有將這些燃料電池壓合在一起的端板。
質子交換膜燃料電池結構
這麼一番折騰下來，氫燃料電池系統目前的水平可做到600wh/kg，大概是高鎳高能量密度鋰電池的2倍。所以，氫氣的超高能量密度只是拿來看看的一個數字而已！
零排放的誤解
如果問國內新能源汽車行業的熱搜主題詞是啥，人們大都會說麒麟電池、刀片電池、八合一電驅、華為車機、理想五聯屏、沉浸體驗，很少有人會提起碳排放這個詞了。
三電產業鏈蒸蒸日上，追求盈利的純電動車企都下場搞電池，志在緩解用戶里程焦慮的純電動車企都發力集成電驅。智能產業鏈如火如荼，在華為問界的帶領下，大家在智能座艙上卷得一塌糊塗，在特斯拉的帶動下，輔助駕駛搞得熱火朝天。
“碳減排”早已經不是國內新能源汽車行業的熱搜主題詞了，君不見，傳統車企都拿碳減排效果極差的混合動力汽車作為彎道超車新勢力的重要突破口了？
當電動化、智能化、網聯化成了炙手可熱的賽道，大功率電機、高能量密度電池、大算力芯片、大數據、雲計算、人工智能，各種關鍵詞佔據了人們的思想空間，碳排放、碳減排必然漸漸淪落為不再被人們記起的生僻詞。
氫燃料電池汽車的擁躉者們每每為此痛心疾首，並宣稱只有氫燃料才是完美的汽車能源，因為，燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，不產生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車。
且慢，氫燃料電池汽車當然比混合動力更減排，但是，它真的比純電動汽車更減排嗎？
氫燃料電池只排放水，鋰電池同樣是啥也不排放。可是，為何在大家的認知里，純電動汽車並不是零排放呢？
首先，這要感謝豐田的“宣傳”。這家早早布局了混合動力、卻在電動化之路上步履蹣跚的車企，有一位意志不大堅定的掌門人，到現在還經常拿現階段發電過程會產生大量碳排放為由反對純電動汽車，鼓吹氫燃料電池汽車，執着的勁頭無人能比！
在進行氫燃料電池和純電動汽車的比較之前，首先需要引入“全生命周期碳排放”的概念。顧名思義，全生命周期碳排放指的是產品在其整個生命周期內的碳排放，包括從需求分析、設計、製造、銷售、使用、維修、報廢到回收再生的整個時間，可分成兩大周期——車輛周期和燃料周期。
全生命周期
以火力發電佔到總發電量的七成為由反對純電動、鼓吹氫燃料汽車的，應該認識到，當前氫氣製備以燃燒天然氣或煤的灰氫為主，灰氫佔比超過了90%，遠超當前火電的70%，所以，根據圖5，當前以灰氫為主的氫燃料電池汽車的碳排放連混合動力都不如，由遑論與純電動一較高下呢？
真以最終形態對決的話，即純電動車用綠電，氫燃料電池車用綠氫，氫燃料電池的全生命周期碳排放也在純電動汽車之上。
綠電和綠氫的實現，其實都取決於可再生能源發電的發展，從目前進度來看，要走到終點，至少還需要二十年的時間。
不同動力類型車全生命周期碳排放對比
寫在最後
從政策層面來看，國家對新能源汽車的技術路線並不存在厚此薄彼，在新能源汽車發展伊始，國家就部署了“三縱三橫”戰略，所謂三縱便是混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車，這裡的燃料電池汽車包括氫燃料電池汽車和吉利搞的甲醇汽車。
但是，在企業具體抉擇技術路線的時候，不能只見政府的產業政策，不見企業家精神；不能只見政策對於某一個技術路線的支持，而忽略企業在技術路線上所做的選擇。
純電動和混合動力是國內車企主動選擇的大方向和大趨勢，它不是靠政府的政策規劃出來的，也不是憑藉主觀意志創造出來的，而是由市場需求需求決定的。
當然，我們也不是完全放棄了氫燃料電池的技術路線，前段時間，在上海市政府舉行的解讀新一輪《上海市交通發展白皮書》的新聞發布會上，上海經信委副主任透露，上海將積極推動公交和環衛等領域開展氫燃料電池示範應用，2025年力爭達到1萬輛規模，最近北京給的通知里也大致是這樣一個規模。
從參與國際競爭的角度來看，國內車企一定要控制好節奏，比如長城、長安和埃安都在搞預研，小批量生產，但是最好是等氫燃料電池專利過了專利保護期，咱再來個大幹快上，到時坐收漁翁之利，豈不美哉？
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