FCEV在中国被什么「卡了壳」？

作者/曹锦

近日，在马斯克接受的一次采访中，主持人问他，「新能源汽车的未来是什么？氢能还是电能？」马斯克回答说「显然是电能，其他都是浪费时间。」

可实际上，要实现零排放和碳中和的最终愿景，多种路线的并行发展与摸索一定是必要的。

有人说，「电池革命才刚刚开始」。当固态电池、钠离子电池的技术突破都成为热门话题时，人们对氢燃料电池（FC）的关注也从来没有中断过。

然而，除了众所周知的基础设施建设，以及成本问题，FCEV的发展还面临着一些技术和标准层面的「小尴尬」，其中哪怕有一环的缺失，也会对整个产业的发展速度形成制约。

在解读相关问题前，我们先对FC的特点及适用场景进行简要梳理。

此「电池」非彼电池

虽然名字里有「电池」二字，但其实FC并不该被归类为「电池」。因为锂电池属于储能装置，而FC虽然是发电装置，但其具备冷却路、进气路和出气路，从构造上看，似乎更应被比作「清洁能源发动机」。

（中央黄色罐体为高压储氢罐）

至于能发多少电，则取决于FC带了多少「干粮」，也就是高压储氢罐，这相当于传统的「油箱」,其容量和个数直接决定了车辆续航里程。

由于FC需要先通过燃料进行发电，再传至电机送电，最终由电机驱动车辆行驶。这「先发现再放电」的程序，导致其综合效率实际要比锂电池低。

不过，氢燃料电池的优势也是明显的：除了加氢速度快这一「必杀技」，在能量密度这方面，其单位体积下的能量密度可比锂电池高3倍，且长时间储能时衰减相对小，储能效率不变。同时，FC的耐低温性能也比锂电池强。而在碳中和的命题下，FC的环保意义也值得一提：它在吸入空气、经过空滤，进行反应发电后，不会再像传统车那样排出，因此也被称作「移动的空气净化器」。

为何商用车需要FC？

又为何乘用车也需要FC？

在关于未来驱动方式的探讨中，氢燃料电池并未被认为是一种「替代品」，而是锂电池的「互补品」。目前的普遍观点是：短途小型乘用车使用锂电池的效率更高，但是长距离的重型商用车，则更适用于FC驱动。

目前看来，汽油发动机更适合由锂电池替代，而使用柴油的重卡、货运车辆及物流车辆则更适合由FC替代，而且其应用场景不仅限于车辆，还可应用于轮船、火车头等等，这是目前行业比较认可的方向。

Bramble Energy的COO——Vidal Bharath在近期的一篇文章中指出，真正可持续的运输部门「必须包含氢燃料电池」。他以英国现状举例，表示使用FC不仅可以大大缩短补能时间，节约运输成本，还能减少电网负担。

「假设英国注册的495,000 辆卡车全都过渡为BEV，并且每辆卡车平均每天充电一次，其产生的能源消耗将相当于每天为 4700 万个家庭供电，而英国目前只有 2900 万个家庭。」

不过，一位国内的氢燃料电池研究者也向Auto Byte表示，中国的电网技术是全球顶尖的，其实即便大规模普及BEV，以中国的送电技术和基础设施实力来说，都不会构成问题。

那么，为什么中国也需要FC呢？

目前，中国还是以火力发电为主，而随着「3060政策」的提出，中国需要进一步扩大可再生能源。

「虽然国内商用车的年销量份额只占20%，但是商用车的总排放却占总量的50%以上，所以控制商用车的排放是咱们蓝天保卫战中一个非常重要的环节。」该研究者表示。

另外，由于纯电动重卡续驶里程较短、充电时间较长，若要提升续航里程还必然面临载重量的降低。而氢燃料电池的自重更低，有助于增加有效荷载，同时还不受低温天气影响，并能快速补能提高运营效率。

在国内， FCEV的使用场景也还是以运输型车辆为主。不过，对于像丰田这样的企业来说，如果首先拿下FC乘用车场景，那其他场景就都不是问题了。

「乘用车的劣势就在于它对基础设施依赖太强，如果不建设足够的加氢站，是跑不起来的；但如果没有足够的车去养加氢站的话，它也活不下去，这有点类似于鸡与蛋的关系。」丰田相关人士向Auto Byte说道。

乘用车本应是氢燃料电池做到最后一步的形态，但丰田还是先做出了Mirai。不得不承认的是，这款车不仅克服了技术壁垒，证实了FC的可拓展性，还对C端消费者起到了一定推广作用。

2015 年开始，丰田 Mirai 就已经开始在日本、欧洲等地作为出租车运营。至今，Green Tomato Cars还在伦敦运营着一支由27 辆 Mirai 组成的车队，其2019 年行驶里程超过 100 万英里，每辆汽车在这段距离内减少了相当于 7.6 吨的二氧化碳，并且氮氧化物排放为零。

那么，为何Mirai和其他类似的FCEV至今在国内还几乎见不到踪影呢？这就要提到「技术和标准」这两个层面问题。

开放专利也难解决的技术难题

8月14日，百辆未势能源氢能重卡示范线投运仪式在保定市徐水区容易路驿站举行。长城汽车从2016年就已开始进行FC研发，并于2019年成立未势能源科技有限公司，专门从事氢能技术开发。

如今，该公司已经实现「电堆及核心组件、燃料电池发动机及组件(控制器等)、Ⅳ型储氢瓶、高压储氢阀门、氢安全、液氢工艺」六大核心技术和产品的知识产权完全自主化。

但是，这百辆投运的氢能重卡，其使用的储氢瓶却仍然只是35MPa的Ⅲ型瓶，这对比日本与欧洲早已开始量产装车的70MPa IV型瓶，显然落后了一截。

（铝内胆纤维缠绕瓶） 

Ⅲ型瓶是铝内胆纤维缠绕瓶，其结构为金属内衬外缠绕多种纤维固化后形成增强结构；而Ⅳ型瓶被称作全复合塑料储氢容器，其塑料内胆能够在降低成本的同时，进一步减轻高压储氢容器的自重，并提高系统储氢密度。

（丰田70MPa IV型瓶） 

以被视作标杆的丰田70MPa IV型瓶为例，其采用三层结构复合材料内衬，内层是密封氢气的塑料内衬，中层是确保耐压强度的碳纤维强化树脂层，表层是保护表面的玻璃纤维强化树脂层。

「储氢罐的压力需求比天然气更高，同时，由于氢气要考虑氢脆现象，所以这对材料的要求较高。」丰田方面对Auto Byte介绍道。

在丰田研制的IV型瓶中，也将轻量化和降本做到了极致：它的中层采用了对含浸树脂的碳纤维施加张力，使之卷起层叠的纤维缠绕工艺，并通过特殊的缠绕方法减少了纤维的缠绕圈数，使碳纤维强化树脂层的用量比原来减少了40％。同时，该高压储氢罐的质量储氢密度达到5.7%，体积储氢密度约40.8kg/m³。

这种特殊构造的高压储氢瓶是Mirai得以降本和商业化的关键功臣，但它的制造难度也非常大。

此外，储氢瓶使用的高压阀门也一向是被国外垄断的技术部件。这一小小的部件，目前单件市场价格在1.5万-2万元之间。

「目前国内有5家企业在从事储氢瓶高压阀门的研发工作，它们此前都从事的是天然气、氧气瓶这一类的高压容器，目前还没有突破性进展。」专业研究人员对Auto Byte表示，虽然目前长城称已实现高压阀门自研应用，但这一零部件在国内还需依赖进口，其中以意大利进口居多。

如今，即便丰田完全公开了5000余项关于FCEV的专利，可国内多数企业由于制造工艺和设备、乃至标准的限制，仍然难以复制丰田的成果。

标准缺失令FC推进困难

现在回到之前的问题——为什么丰田Mirai无法像在英国那样引进中国，实现正常道路试运营呢？这是由于IV型氢气瓶因为法规和标准的限制，目前在国内仍处在禁用阶段。就是这一环的缺失，大大牵制了FCEV在中国的推广速度。

（未势能源IV型瓶）

其实，目前国内并非没有IV型瓶的自研能力。此前，长城未势能源也曾表示，虽然该公司已可实现IV型储氢瓶整车装载，但由于目前国内缺少应用法规标准，只能规划先将IV型瓶推广到国外。

「高压容器其实与车的交集很少，所以如果为车单独开一个『口子』，存在一定的难度。」相关研究人员称，制定标准应由特种装备部主导，多方参与，目前研究进程也在积极推进。目前已经有了一些团体标准，但还需一步一步来。

不过，一名参与高压储氢瓶标准制定的企业高层曾对媒体表示：各家企业对技术的掌握程度不同，对产品理解也有差异。在这种情况下，标准很难既满足通用性，又要保证各家企业在不同的条件下不会出现问题。由于标准的缺失，丰田在中国至今也只能在示范区或者冬奥会那样的场合上，小规模运行Mirai或者氢能巴士。「我们参加了燃料电池的很多行业活动，但因为Mirai还不能引进出售，我们还无法大规模地宣传它。」丰田方面表示，万一客户真的特别想购买产品，而企业却无法提供，不免有些尴尬。

继向一汽和苏州金龙提供氢燃料电池部件后，亿华通与丰田成立的合资公司——华丰燃料电池有限公司，也将于2023年在北京经济技术开发区正式投产燃料电池系统及电堆。但这些合作中，也都没有涉及储氢瓶。

必须全行业环环相扣

目前，中国约有130余座加氢站，主要由中石化来推进，这一数字与日本的加氢站相当。

「在约十年前，国内动力电池的发展初期，其产业链主要由民营企业在推动，但是在燃料电池发展初期，国家层面起到了重要作用。」长城未势方面表示，中石化规划在未来3到4年内建设1000多家加氢站，国家能源战略也在基础设施方面准备大量投入。因此，未来的3到4年将会是氢能发展的初步示范期。

未势方面负责人曾经坦言，自家的技术比丰田第一代技术要强，但还比不上第二代；但丰田方面则认为，长城的研发能力很强，取得进展的速度也很快，希望能有更多的友商来共同促进氢能的发展。

因为要想解决FCEV的成本问题，必须依靠全产业的发展。

「氢燃料电池发展最大的问题在于，没法依靠单一环节托起整个产业链。从上游的制氢、储氢、运氢、加氢到下游的运行，它必须等整个产业都发展起来，它才能得到普及。」丰田相关人士表示，现在如果光是车企在努力，上游不跟不上也没用；反过来，上游建再多的加氢站，没有车也不行。

在他看来，要降低FCEV的成本，首先要看使用材料的量，也就是原始成本。另外还要看制造难度，即单位时间的生产效率，还有量产效果。后两者都是与市场直接挂钩，只有第一点与技术直接挂钩。

有人认为，FCEV市场规模要达到100万台才能有效降低成本，形成大范围普及，这一目标在目前看起来仍遥不可及。但无论如何，氢能都是达成碳中和的重要路径之一。

本月，由AIP主办的能量存储和转换虚拟会议在线举行，来自斯特拉斯克莱德大学的学者 Mahieddine Emziane在演讲中同样提出，电气化和氢能技术是实现净零计划的主要驱动力，但在真正的氢能未来形成之前，需要解决产业链环节中的需求和差距。

「实现净零是具有挑战性的，但也是可行的。氢能技术肯定会在这一过程中有所贡献，因为它是一种多功能的能源载体，可用于产生和储存能量。」Emziane说道。

在长城的氢能蓝图中，人们生活的所有环节可能都会用到氢。例如可以利用太阳能发电制氢后储存起来，转换成空调等家用电器的日常供电。

另外，氢也可以作为一个方便的储能介质，利用管道或者氢罐物流进行运送。除了家用储能、工业储能和交通储能外，还可以在特定活动场景使用。

迄今为止，氢能的最大消耗量一直在工业领域，尤其是石化行业，然而，随着 氢能技术与经济性的高度相关，以及元素的易于获取，其他部门，如运输、电力、建筑和工业流程，将越来越多地采用氢能。

参考文章：

A truly sustainable transport sector must incorporate fuel cells

https://www.automotiveworld.com/articles/a-truly-sustainable-transport-sector-must-incorporate-fuel-cells/

Hydrogen technologies take leading role toward net zero

https://techxplore.com/news/2021-08-hydrogen-technologies-role-net.html

国产储氢瓶风生水起 70MPaIV型储氢罐突袭市场

https://mnewenergy.in-en.com/html/newenergy-2374455.shtml

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