氫能源汽車(chē)是實(shí)現(xiàn)國(guó)家從“碳達(dá)峰”到“碳中和”的一個(gè)關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)和實(shí)現(xiàn)手段。氫能源汽車(chē)通過(guò)搭載氫燃料電池獲得能量，其中的優(yōu)勢(shì)包括能量密度高、零排放和零污染，是理想型的汽車(chē)類(lèi)型。汽車(chē)行業(yè)排放量和體量都很大，因此氫能源汽車(chē)也成為了整個(gè)氫能戰(zhàn)略的“試驗(yàn)田”，而氫能的應(yīng)用也更容易在汽車(chē)上實(shí)現(xiàn)推廣和盈利。
新的動(dòng)力源是車(chē)企的“必爭(zhēng)之地”。現(xiàn)代汽車(chē)集團(tuán)就在近日提出了明確且“有野心”的氫能汽車(chē)商業(yè)化目標(biāo)。之所以稱(chēng)之為有野心，主要基于亮點(diǎn)：一是現(xiàn)代汽車(chē)宣布自己的氫能汽車(chē)的成本將在2030年與純電動(dòng)汽車(chē)持平；二是現(xiàn)代汽車(chē)想要在2028年率先成為全球第一個(gè)所有商用車(chē)型都搭載氫能電池的汽車(chē)廠商。
圖表一：現(xiàn)代汽車(chē)的氫燃料電池重卡XCIENT Fuel Cell的改進(jìn)升級(jí)版車(chē)型
現(xiàn)代汽車(chē)看來(lái)已經(jīng)要重押氫能源汽車(chē)這個(gè)領(lǐng)域，并且拋出了“2040年全球氫能社會(huì)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。不僅僅是現(xiàn)代汽車(chē)，事實(shí)上北汽、長(zhǎng)城等國(guó)內(nèi)車(chē)企也在積極布局氫能源汽車(chē)。
根據(jù)國(guó)際氫能源委員會(huì)，預(yù)計(jì)2050年，氫能源將承擔(dān)18%的能源需求，而搭載相應(yīng)燃料電池的汽車(chē)將占據(jù)全球車(chē)輛的20%-25%。我國(guó)氫能源汽車(chē)的保有量?jī)H僅只有7352輛，而中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)表示，純電動(dòng)車(chē)的保有量達(dá)493萬(wàn)輛。這也意味著相比于目前純電動(dòng)汽車(chē)的高速發(fā)展，氫能源汽車(chē)離他的能源戰(zhàn)略目標(biāo)有著更遠(yuǎn)的距離。
氫能源汽車(chē)作為新能源汽車(chē)的一種，也擁有著所謂的“成本魔咒”，因此限制了氫能源汽車(chē)的應(yīng)用和推廣。和所有新能源汽車(chē)一樣，氫能源汽車(chē)的困擾同樣來(lái)自于其搭載的氫燃料電池。
氫燃料電池催化劑：扼住能量轉(zhuǎn)化的咽喉
氫能源汽車(chē)的普及需要攻克的難點(diǎn)筆者認(rèn)為主要有三個(gè)，一個(gè)是加氫站的建立，一個(gè)是氫氣罐的安全性，最后一個(gè)就是燃料電池的成本。
燃料電池的成本是以上三個(gè)當(dāng)中最突出的問(wèn)題，因?yàn)槿剂想姵氐某杀臼瞧胀ㄆ蜋C(jī)的100倍，極大地限制了氫能源的普及率。
氫燃料電池目前“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)就是氫能的催化劑。此前，我國(guó)要發(fā)展氫能，所需的催化劑必須向國(guó)外進(jìn)口。因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)的壁壘頗高，催化劑作為上游擁有較大的話(huà)語(yǔ)權(quán)，進(jìn)一步推升了下游成本，限制了我國(guó)氫能源燃料電池的發(fā)展。
我國(guó)需要自主研發(fā)的氫燃料電池相關(guān)的催化劑專(zhuān)利，才能從源頭上解決氫能源的第一道關(guān)。
目前氫燃料電池的催化劑主要分為三個(gè)大類(lèi)：鉑（Pt）催化劑，低鉑催化劑和非鉑催化劑。
圖表二：氫燃料電池催化劑的分類(lèi)
Pt作為好的催化劑可以吸附氫氣分子促成離解，是目前商用的首選，不過(guò)Pt的稀缺性很強(qiáng)，我國(guó)儲(chǔ)量也不豐富，日后氫燃料電池普及一定會(huì)使得需求增加，也會(huì)導(dǎo)致Pt的價(jià)格更高，給目前氫能發(fā)展造成更多阻力。
圖表三：氫燃料電池的作用原理
目前比較常用的陽(yáng)極材料是Pt/C,一種將Pt的納米顆粒分散在碳粉載體上的搭載性催化劑。而陰極材料除了Pt/C之外，可以以其他二元合金的來(lái)做催化，如Pt-Co/C、Pt-Pb/C、Pt-Ni/C。
擺脫對(duì)鉑的依賴(lài)可以通過(guò)鉑的各種合金來(lái)可以降低其含量。另外一些新的探索也在路上：從木耳中提取的BF-N-950催化劑、MCOs活性位點(diǎn)的表面限制雙核Cu氧化還原催化劑、氮化鎳等等。
除零排放零污染之外，氫燃料電池的優(yōu)勢(shì)非常明顯：相對(duì)于傳統(tǒng)的動(dòng)力源，搭載氫燃料電池有著較好的行進(jìn)加速性、燃料適應(yīng)性、低溫啟動(dòng)性，和高的能源使用效率。目前鑒于燃料電池的體積和續(xù)航能量強(qiáng)等特點(diǎn)，在我國(guó)該電池的主要應(yīng)用主要用于功能性得大型運(yùn)輸設(shè)備中，例如重卡和牽引車(chē)。
氫燃料電池劣勢(shì)中，除了成本高昂之外，使用的氫燃料也是通過(guò)傳統(tǒng)能源制備而成，這也造成了搭載氫燃料電池的汽車(chē)相對(duì)于其他電動(dòng)汽車(chē)在環(huán)保上優(yōu)勢(shì)欠缺。
氫燃料電池的形態(tài)將塑造不同氫能汽車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)景
目前關(guān)于氫燃料電池的研發(fā)還有很多相關(guān)技術(shù)需要向發(fā)達(dá)國(guó)家靠攏。
國(guó)內(nèi)的部分企業(yè)已經(jīng)掌握了氫燃料電池的研究以及開(kāi)發(fā)相關(guān)的技術(shù)，并且具備批量生產(chǎn)的能力。這些企業(yè)所掌握的氫燃料電池技術(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)也有顯著提高，但是和日本等現(xiàn)行國(guó)家的水平相比，核心部件的耐久性和可靠性都有很大的差距。
從上文可知，關(guān)鍵問(wèn)題就在于氫燃料電池的在開(kāi)發(fā)和普及上的“昂貴”，而如果要實(shí)現(xiàn)平價(jià)氫能源汽車(chē)，一共有三個(gè)條件：
第一、是我國(guó)必須有自主氫燃料電池催化劑以及其他氫能源相關(guān)的專(zhuān)利技術(shù)，打破國(guó)際上主流對(duì)于該技術(shù)的壟斷；
第二、是尋求多個(gè)氫燃料電池的催化方向，降低硬性成本的要求，例如高昂的鉑價(jià)；
第三、實(shí)現(xiàn)加氫站的快速普及，使得氫能源汽車(chē)的行車(chē)環(huán)境更加友善，如果電池能量耗盡可以快速地更換燃料，帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)也可以降低氫能源汽車(chē)的成本。
在氫燃料電池上積極布局的公司不在少數(shù)：上汽集團(tuán)發(fā)布的“氫戰(zhàn)略”、長(zhǎng)城的“氫檸技術(shù)”、東風(fēng)公司的“東風(fēng)風(fēng)起”都涵蓋了氫能源電池的戰(zhàn)略布局和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。
圖表四：車(chē)企以及對(duì)應(yīng)的氫能源投資公司
另外氫能源燃料電池隨著發(fā)展，也可以從體積和效率兩個(gè)方向入手：同樣的效率擁有更小的體積，同樣的體積擁有更多的發(fā)電效率。
氫燃料電池這兩個(gè)維度可以直接影響搭載氫能交通工具的使用場(chǎng)景：更小的燃料電池可以搭載的交通工具可以更多，例如小型的客車(chē)以及小型的船舶，應(yīng)用場(chǎng)景也更加廣泛，甚至可以開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)能力的混合動(dòng)力型的汽車(chē)。而同樣的體積所帶來(lái)更高的發(fā)電效率可以大幅提高大型交通工具的續(xù)航能力，減少因?yàn)楦鼡Q燃料所帶來(lái)的各種隱性成本。
總結(jié)
可以看出，未來(lái)的新能源汽車(chē)格局是多元化的，除了純電動(dòng)汽車(chē)之外，還有搭載氫能源燃料電池的汽車(chē)。根據(jù)動(dòng)力源的特性，可以為不同的車(chē)型提供能量，而未來(lái)的發(fā)展方向也一定是互補(bǔ)的。
對(duì)于氫能源汽車(chē)來(lái)說(shuō)，成本的關(guān)鍵在于氫燃料電池，而氫燃料電池的關(guān)鍵則在催化劑。催化劑所產(chǎn)生的效率和成本能讓氫燃料電池變得更加多樣，電池的多樣性將會(huì)催生氫能源汽車(chē)在不同領(lǐng)域持續(xù)長(zhǎng)效的發(fā)展。
未來(lái)車(chē)企下苦功的關(guān)鍵技術(shù)核心就是電池技術(shù)，誰(shuí)掌握了關(guān)鍵性的電池技術(shù)，誰(shuí)就能在市場(chǎng)當(dāng)中形成比較優(yōu)勢(shì)，甚至搶先一步占領(lǐng)市場(chǎng)。
