为什么氢燃料电池汽车还没有成为主流？

1838 年 12 月，德国物理学家克里斯蒂安·弗里德里希·舍本贝恩（Christian FriedrichSchönbein）在《伦敦和爱丁堡哲学杂志》上展示了他发明的第一个燃料电池，并讨论了由溶解在水中的氢和氧产生的电流技术。同一年，威尔士物理学家和大律师威廉·格罗夫爵士（Sir William Grove）也发表了相关著作，虽然从现在往回看，当时的燃料电池技术比较粗糙，但二人的文章证明了燃料电池的可行性。

此后一百余年，燃料电池被不断提及，成为清洁能源的代表之一。氢能作为最易获得的能源，在燃料电池中获得较高的地位。随着对环境的重视，我们越来越强调“低碳经济”与“生态文明”，因而世界的主旋律都在向新能源看齐。众所周知，新能源因污染小、储量大、分布广，更能满足当下的需求。

威廉·格罗夫爵士 1839 年燃料电池的草图 | wikipedia

在新能源诸多分支里，燃料电池却没有掌握绝对的话语权，在人们最常使用新能源的场景——汽车上，搭载锂电池的电动汽车成为了新能源的领先者，占据了新能源的“半壁江山”。

但是，即便是目前最主流的应用，电动汽车也存在无法避免的劣势，如充电时间长、续航里程短，电池维修及保养成本高等等。受技术发展限制，电动汽车能否成为人们出行的绝对唯一选择，仍然有许多不确定因素。而在锂电池之外，还有着不少其他技术方式，正在等待爆发当中。

“被忽视”的新能源

汽车是燃料电池的最好载体之一。早在 20 年前，就已经出现了以氢燃料电池为动力的原型车。1999 年的东京车展上，本田就推出了 FCX 概念车，其中由巴拉德动力系统公司（Ballard Power Systems）制造的氢燃料电池有 78kW 的功率输出，EPA 认证的续航里程为 170 英里（约 273 公里）。

1999 年东京车展，本田展示了 FCX 概念车型 | wikipedia

2009 年，奔驰、本田、丰田等车企纷纷入局氢燃料电池汽车，据统计，仅一年时间，就有 20 余款氢燃料电池的车型发布，并在接下来几年中逐渐量产销售。然而，结果总不遂人愿。2009 年到现在，氢燃料电池汽车并未像理想当中发展火爆。

据外媒报道，截至 2019 年 2 月，在全美国已售出和租赁了超过 6000 辆氢燃料电池汽车，是第二大市场——日本的两倍。而起步时间相近的锂电池发展更为迅速，仅 2019 年上半年，美国电动汽车累计销量达 148704 辆，电动汽车成为了当下一块巨大的市场。

欧洲 2016-2018 年各季度新能源汽车销量占比 | euobersever（左上角图注从左到右依次为混合动力汽车、纯电动汽车、增程式电动汽车以及氢燃料电池汽车）

仿佛是两兄弟几乎同时出生，但一个体格强壮另一个发育不良，为什么会出现这样的情况？

究其原因，氢能源在产业化过程中并没有获得足够的发展，对于能源方面的技术还不够完善。首先，氢燃料电池车对充能基础设施的需求较高。如果我们拿电动汽车来对比，电动汽车在外可以用快充桩充电，在家可以使用慢充桩，但氢燃料电池汽车只能在加氢站充能，如果基础设施没有成大规模分布，那么对于人们出行都成了难题。

根据中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，截至 2018 年底，中国已建成加氢站共有 23 座，占全球加氢站的比例约为 6.23%。

中国已运营的加氢站分布 |《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》

另外，氢能源用作汽车动力的一个优势在于续航里程较长，而这是由于其质量能量密度极高才能做到的。锂离子的质量能量密度为 0.36-0.88MJ/Kg，而氢气的质量能量密度为 142MJ/Kg。但氢气的体积能量密度较低，所以在汽车上使用的话，一般的解决方案是将将氢气压缩或液化以缩小储氢罐的体积，对于储氢技术要求非常高。因而，氢燃料电池汽车在过去一直处于无法达到规模量产的尴尬境地。

但人们并未放弃这类清洁能源。一方面，氢燃料电池具有无可比拟的优势，在其运行过程中，不仅没有氮氧化物这种有毒气体，连二氧化碳都没有。相对于燃油汽车来说，氢燃料电池汽车完全达到了“零碳排放”。

氢能源还有一大优势：可再生。氢能作为一种二次能源，可从化石能源中获取，有助于煤炭等一次能源清洁高效利用；还可以通过电解水制取，增加电力系统灵活性，实现大规模储能及调峰。从这个角度看，氢能源的全生命周期的能源效率要优于汽油柴油。

电解水制氢成本 |《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》

目前，世界各国都在将氢能源与燃料电池作为重点发展对象，不断加大研发和产业化的扶持力度。据粗略统计，近十年，以美国、日本、欧盟与中国为代表的国家已在氢能与燃料电池当中投入近 50 亿美元。

世界各国对于“零碳排放”的要求都有一个大致的时间点：2050 年。事实上，仅依靠一种能源在 2050 年使所有经济与运输行业完成零排放的目标，具有相当大的难度，人们需要更多选择。

正在升级的“氢动力”

技术总归要变得成熟，更重要的是，技术的成熟度是我们肉眼可见的。过去 70、80 年代在航空航天当中应用的技术，如脱水食品、纸尿裤等等，在今日也普及到大众当中，成为随处可见的消费品。同理，氢燃料电池看上去默默无闻，但也在不断发展。

2008 年，本田推出了第一款可供零售客户使用的氢燃料电池汽车，在随后的几年中不断进行研发和升级，日前在广州车展上，本田氢燃料电池汽车 Clarity Fuel Cell 亮相。

就像上文提到，距离本田发布首款氢燃料电池车辆已有 20 年之久，而本田自身在 80 年代已经开始燃料电池车的基础研究。2007 年，本田发布了首款氢燃料电池量产车型 FCX Clarity，正式投向市场。据本田方面表示，直至今日，仍有 1000 辆 FCX Clarity 通过租赁的形式在美国加州道路上行驶。

比起上一代车型，Clarity Fuel Cell 搭载了第二代 FCV（Fuel Cell Vehicles，燃料电池汽车）动力总成技术，在动力方面有了显著提升，比如它实现了燃料电池堆的小型化。据悉，新一代 Clarity Fuel Cell 的单位电芯的发电性能提升 1.5 倍，燃料电池单元变薄 20%，电池堆的体积缩小了 33%。

本田在氢燃料电池车的动力技术上进一步提升 | 本田

“整个电堆都是由本田独立开发完成的，通过生成气体流路的改进和冷却方式的改进，最终可实现单位电池的输出电池功率得到大幅提高。”Clarity Fuel Cell 动力总成开发助理负责人安藤章二介绍，与其他车企的氢燃料电池技术相比，本田最大的优势在于燃料电池堆的小型化和车内空间的提升。原本只能乘坐 4 人的驾乘空间，也因此升级到 5 人可宽敞乘坐。

在 Clarity Fuel Cell 上，本田将集成了驱动电机、电池堆、混合气体单元、供压机、电控系统五部分的整套动力总成系统放置在发动机罩内，与其他车型形成了明显差异化。紧凑的尺寸使得车辆动力总成与普通 V6 发动机相仿，同时也大幅提高车体设计的自由度。

本田称发动机舱内搭载燃料电池动力总成为全球首创 | 本田

本田方面表示，Clarity Fuel Cell 的性能与燃油车已别无二致。该车型可实现最大 130kW 的输出功率和 300N·m 的峰值扭矩，每次加满氢只需 3 分钟，最长续航里程高达 750km。

至此，氢燃料电池车也许可以证明自己的实用性。安藤章二表示，该车型已经在日本、美国小批量售卖。与现有燃油或电动车辆的配置基本一致，也说明这套系统在将来具有大批量生产的可能。

比较客观的情况是，大环境的成熟不能只靠一家公司来支撑。尽管氢燃料电池车已成为车企们重点推广普及的车型，但他们也承认，距离真正的大规模普及还需要几年时间。氢燃料还不是车企或者消费者的主流选择，这项技术却并没有沉寂。相反，以本田为代表的车企们正在为“后电动化时代”做前瞻性的准备。

更值得说明的是，对于技术的探索，本田具有很强的开放性。本田也在积极探讨燃料电池技术在中国应用的“可能性”。虽然只是“积极探讨”，但在每一项技术背后，我们都能看到本田这个“极客”一直在持续的探索技术。

Clarity Fuel Cell | 本田

不仅仅是燃油车、纯电动车，甚至是本田的小型商务喷气机 HondaJet，在一场以能源与技术为主题的变革当中，不以能源作为自己的定位，而是将“出行”作为主体来考虑，才是正确的道路。幸运的是，本田正在将其付诸实践。

而在更广泛的出行领域变革之中，本田也在不断的积极与科技公司合作成长，早期与 Waymo、Deepmap 建立深度合作；在投资东南亚共享服务 Grab 、投资通用自动驾驶部门 Cruise 7.5 亿美元；甚至在中国，Honda 作为首家日企加入了百度 Apollo 平台，与商汤科技联合研发自动驾驶 AI 技术……等等本田与这些年轻科技公司建立了更强关联的合作。

在这样一个“技术变革”的时代，面对种种压力和焦虑，本田最美的地方在于保留了更多可能性，以及时刻保持着自身对于技术的“探索感”。