FCV“未来”的姿势

文/宋菲

FCV“未来”的姿势

文/宋菲

就在各车企集中火力对准混动和纯电动车型研发的时候，已经在混动汽车市场拥有良好发展势头的丰田却开始另辟蹊径地向新能源另一片市场即氢燃料汽车发起进攻。首先是去年年底，丰田在日本正式发售了一款燃料电池车型（FCV）Mirai，意为“未来”。Mirai的上市标志着第一款氢燃料电池车开始量产。1月的美国消费电子展期间，丰田又宣布无偿提供丰田独有的约5680项燃料电池相关专利使用权，以促进燃料电池汽车的普及与发展

从混动到燃料电池

之所以这么多车企近年来一心搞纯电动汽车，甚至有很大一部分车企认为新能源汽车的最终目标就是纯电驱动，一个主要原因在于，在找到石油的替代能源之前，电能是最直接可用的能源形式，风能、水能、核能、光能、燃煤等都可转化为电能。然而丰田汽车则认为，新能源汽车的发展路径是从混合动力过渡到燃料电池汽车，甚至由不得纯电动车形成真正意义上的市场。

《品质汽车》记者了解到的一种观点可以对此加以佐证。从能量守恒定律的角度看，纯电动汽车算不上一个节能的解决方案，因为纯电动车只解决将电能作为汽车动力的问题，但由于从外部输入电瓶的电能首先要转化为化学能，使用时再将化学能转换为电能，每一步转换都需要耗能，再转换为机械能。而传统动力则是直接将发动机的动力转换为机械能，混合动力是在传统动力的基础上，增加了能量回收和储能装置，将发动机多余的动能，以及制动、溜车等耗费的能量转换为电能，然后储存在电瓶中。如果使用煤电驱动电动车，那么与传统动力汽车相比，纯电动汽车不仅是个高耗能产品，而且还是高污染产品。

“而氢燃料汽车由于其较高的能量转换效率、H2O零污染的排放，都能更大程度地实现节能环保。”汽车分析师张志勇认为，将燃料电池汽车作为新能源汽车发展的终极目标，不仅仅是丰田汽车，其实整个社会都有此共识。

按国际能源署预测，2030年以前，全球新能源汽车市场仍将以插电式汽车、纯电动汽车为主，2030年氢燃料电池汽车在世界汽车销量中的占比约为2%～3%。2030～2050年，插电式汽车、纯电动汽车、氢燃料电池汽车发展顺序和市场大格局保持不变，但氢燃料电池汽车占比将提高到15%左右。日本经产省最新预测，2030年氢燃料电池汽车占日本汽车市场保有量的比例约为3%，插电式汽车和纯电动汽车占比为20%～30%。

成本从1亿到500万

然而，对于这一新能源发展趋势的争论目前仍在继续，新能源汽车的另一位大佬，特斯拉CEO马斯克就曾公开表示质疑。

张志勇在采访中表示，“目前来讲，燃料电池汽车的发展门槛的确很高，从技术上看，能量密度、储氢安全、低温性能等方面都有大量问题亟待解决，还有一个更主要的原因在于其价格高昂。”据了解，7年前丰田曾发布了燃料电池版汉兰达，每辆车的成本高达1亿日元（当时约合700万元人民币），这样高昂的价格主要源于燃料电池中质子交换膜的催化剂材料——铂，而如何减少其用量或寻找合适的替代材料成为关键。据了解，在改进氢燃料电池设计的进程中，丰田大幅度减少了燃料电池中铂的使用量，使催化剂更为高效，并且为了减少铂的使用量，开发了用于添加催化剂的精密设备，确保没有一点催化剂被浪费。

就Mirai这款车而言，据说每辆车成本只是当年燃料电池版汉兰达的1/20，售价为723.6万日元（约合人民币40万元），日本政府对每辆汽车补贴202万日元之后，消费者只需支付约520万日元（约合27万元人民币）。

7年时间里，丰田的燃料电池技术在不断优化，除了上述催化剂方面的改善，比如Mirai搭载的燃料电池堆栈由370片薄片燃料电池组成，利用3D立体微流道技术，通过更好地排出副产物水，让更多空气流入，有效改善发电效率，整个堆栈的发电效率达到3.1kW/L，比7年前提升了2.2倍。再比如，为了提升燃料电池车的安全性，储氢罐被设计成四层结构，铝合金的罐体内部衬有塑料内胆，外面包裹一层碳纤维强化塑料的保护层，保护层外侧再增加一层玻璃纤维材料的减震保护层，并且每一层的纤维纹路都根据所处罐身位置不同而做了额外的优化，使纤维顺着压力分布的方向，提升保护层的效果。

未来并未真正来临

丰田燃料电池汽车的快速发展，与丰田此前较为成熟的混合动力技术有不小的关系，据了解，燃料电池汽车技术与丰田的混合动力汽车技术是一脉相承的，可以与混动在电机、电控等方面核心技术共享，Mirai的工程设计团队中就有来自混动汽车设计的工程师。

如今丰田的燃料电池技术已经能够支持燃料电池汽车实现量产，而且根据丰田的宣传，Mirai加满一箱氢气只需3分钟，加满燃料后续航里程可达到650公里，对比当今的新能源车型，无论续航里程还是加燃料时间都有明显优势。而且，Mirai上市后的第一个月，日本国内就已经接到1500个订单，远超过丰田2015年在日本国内销售400辆的计划。

然而张志勇却认为，“Mirai的所谓量产，并非像我们通常所理解的在市场上向广大消费者进行推广，而更应该理解为燃料汽车从实验室阶段走向了实用阶段。而这里所说的实用阶段又不是指向私人消费者销售，而主要是面向政府机关团体、大型服务机构等，面向私人市场应该还有更远的距离。丰田的燃料电池车虽然得到了日本政府的大力支持，但仍旧处于市场应用的初级阶段。”

首先在基础设施建设方面，燃料电池车加氢站的建设就有不小难题。据了解，目前一座加氢站的建设费用在5亿日元（约2600万元人民币），即使政府提供一半补贴，建设成本仍是加油站的4倍。如果不能保证一定量的车辆保有，就很难有企业愿意投入这笔巨资。燃料电池车加氢站的建设比纯电动车充电桩、充电站的建设难度也更大。

另外一点，目前氢气仍主要源自于天然气、石油等化石燃料，如果不能广泛利用低成本光伏、生物等电解的氢，氢燃料电池汽车作为终极环保汽车仍没有实际意义。

最近有消息称，Mirai的注册资料已经出现在了中国国家知识产权局，这预示着Mirai今后有望引入国内销售。对此记者向丰田中国发言人牛豫求证，得到的结论是，就Mirai是否会引入中国销售还没有确定。

燃料电池工作原理

虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但燃料电池却不是利用燃烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的，这一过程最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以。电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。因为氢分子体积小，可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在穿越孔洞的过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子、将氧气拆分成氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间形成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反应的废物。所以本质来讲，整个运行过程就是发电过程。