氢燃料电池汽车深度报告： 搅局者还是颠覆者？

　　文/专栏机构 中投研究

　　执笔：全文磊

　　2014年12月15日，丰田发布Mirai，售价对标皇冠，加氢3分钟，续航500km（NEDC[1]工况，下同），预计2020年销量达到2万辆；2016年3月10日，本田推出量产Clarity，加氢3分钟，续航589公里；2017年9月，奔驰推出GLC F-Cell，续航437公里；2018年CES，韩国现代推出Nexo，续航达到609公里。国际方面，宝马、通用即将推出量产车型，国内方面，上汽领衔，长城、广汽、吉利、宇通等纷纷加入，一时间，各路人马纷纷杀入氢燃料电池汽车（Hydrogen FCEV[2]，）产业，新能源汽车战场硝烟再起，中国本已明晰的电动车技术路线和竞争格局，陡增变数。

　　中国自2011年大力发展纯电动汽车（BEV[3]）以来，纯电乘用车在技术、产业、市场方面都获得了长足的发展，但时至今日，技术瓶颈也日益凸显，最大的痛点毫无疑问就是续航和充电速度，成为制约纯电车下一步发展的最大障碍。而氢燃料电池汽车可以做到充电3分钟，续航超过500公里，续航甚至超过燃油车，是否可以彻底解决电动车最大痛点，成为现有以BEV为代表的主流新能源汽车技术路线的颠覆者？

　　一、燃料电池技术发展：产业化进度落后，迎来历史机遇期

　　（一）氢燃料电池技术理论完美，产业化进度落后

　　燃料电池（Fuel cell）是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的发电装置。最常见的燃料为氢，其他燃料来源来自于任何的能分解出氢气的碳氢化合物，例如天然气、醇、和甲烷等。燃料电池有别于原电池，优点在于透过稳定供应氧和燃料来源，即可持续不间断的提供稳定电力，直至燃料耗尽，不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电。主要燃料电池类型的技术特征见表一：

　　各种燃料电池技术各有优劣和适用的场景。综合考虑，最适于乘用车的燃料电池技术是质子交换膜燃料电池，也就是常说的氢燃料电池。其他类型的燃料电池，在能量密度、工作温度、燃料适应广度和材料成本等不同方面尚无法满足要求。而氢燃料电池的催化剂昂贵、催化剂中毒[4]等问题，随技术工艺发展已逐步缓解，未来有望得到彻底解决。

　　同其他燃料相比，氢的最大优势是超高的质量能量密度[5]和可接受的体积能量密度[6]（需压缩氢气或液化），常见燃料能量密度如表二所示：

　　更多能源的质量、体积能量密度的比较，见下面的能量密度图：

　　由图二和表二可见，氢能源有远超其他能源的质量能量密度，正是凭借此点氢能源车才能拥有长续航。早在十几年前，氢能源就凭借零污染、可再生、加氢快、续航足等优势力压燃油和锂电池，被誉为车用能源的“终极形式”。然而，氢燃料电池技术的产业化进度十分缓慢。尤其是在过去十年中，由于锂电池技术及产业化的突飞猛进，氢燃料电池技术被过度轻视。导致燃料电池的产业化进程比纯电动慢5到10年，根本原因在于氢燃料电池有几个关键问题亟待解决：

　　氢能源基础设施建设：氢燃料电池车对充能基础设施的需求甚至要高于纯电动车。纯电车虽然充电慢，但除了在充电桩快充之外，还有在家、公司慢充的选项，若出行规律，也称得上方便。而氢车只能在加氢站充能，如果没有成规模的加氢站网络，氢车将寸步难行。

　　车载储氢技术：从表二和图二中可以看出，氢气的质量能量密度极高，这也是它能支持长续航的基础，然而由于氢在常温下是气态，氢的体积能量密度却很低。一般的解决方案是将氢气压缩或液化以缩小储氢罐的体积（固氢方案尚未成熟）。这就需要一个能承受高压、保证安全的储氢罐。Mirai的储氢罐采用碳纤维材料，储存70兆帕压缩氢气，而目前国产储氢罐受材料工艺限制，只能做到35兆帕。

　　电堆技术：主要是膜电极与空压机技术。一个是寿命问题，国内还只能做到几千小时耐久，日本丰田已经可以做到上万甚至几万小时；另外一个就是供应链问题，很多部件还依赖进口，成本大大上升。

　　（二）锂电池发展遇瓶颈，氢燃料电池重回视线