我国应更加重视燃料电池汽车发展（连载一）

程振彪

1967年毕业于中山大学，研究员级高级工程师，享受国务院特殊津贴专家（终身），武汉市汽车行业协会顾问，中国汽车工业协会专家委员会委员，江汉大学特聘客座研究员，历任东风汽车公司科技情报研究所总工程师、东风汽车公司副总工程师。

长期以来，程振彪一直致力于国内外汽车技术和产业发展跟踪研究，成果甚丰，已出版专著、译著数十部，共计1000余万字，先后获国家、部（省）级等各类奖项及科学技术进步奖36项，为东风汽车公司及中国汽车工业的发展作出了贡献，在全国汽车行业乃至机械行业都产生了广泛影响。

程振彪曾先后被评为十堰市劳模、东风汽车公司劳模，全国科技情报先进工作者，东风汽车公司首批杰出人才，中国汽车工业杰出人物，东风汽车公司建设功勋等。

一、引言

现今，国家已将新能源汽车作为战略性新兴产业而加以大力支持发展，并明确了类似于所谓的“三驾马车”式的（即插电式混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车）技术路线，并明确以纯电动汽车为我国新能源汽车发展和汽车工业转型升级的主要战略取向。概括而论，此是正确的，无可非议的。但在实际的操作运行中，业界则并未完全理解这一政策的精神实质，或多或少的出现了偏差，在全国范围内出现了“纯电动车热而燃料电池车冷”的明显反差现象。燃料电池汽车（文内有些段落也采用英文缩写“FCV”）处于被弱化、轻视的地位，上述的“三驾马车”式格局实则成了纯电动汽车“一头沉”。业界许多人对燃料电池汽车的认识还停留在五年前、甚至是十年前的水平上，仍然把其视为遥不可及和仅仅作为跟踪观察而不是具体研发的对象。

当前，国际上客观的发展状况与我国一些人头脑中的主观想象大相径庭。日、美、欧等国家与地区，尤其是日本，对燃料电池汽车的发展十分重视，并在一些关键性领域取得重大突破，有望在近期实现一定规模的产业化和商业化。这与纯电动汽车眼下关键技术久攻不下、进展不明显的境遇恰恰也形成显著的反差。发展新能源汽车对哪一个国家都是前所未有的新事业，也是风险很大的一项重大科学试验，没有现成的成功经验可以借鉴，只能自己在做的时候“摸着石头过河”。经历“实践——认识——再实践——再认识”的复杂过程，最终弄清楚事物发展的内在本质，找出一条合乎客观规律的新能源汽车发展道路。我国从“八·五”算起，从事新能源汽车事业足有20余年的历史，按说已积累了很多实践经验和教训，对之有深刻的体会，如今到了应该静下心来，好好回顾过往，总结经验与教训，尤其要认真研究国际新能源汽车发展的新动向，梳理并重新思考我国迄今为止新能源汽车发展思路、技术路线与客观存在的实践。如有必要，应实事求是的、与时俱进的对此加以调整或修正。只有把前进的方向搞准了，路径选对了，为之的努力才不至于白费。否则，只能是南辕北辙，距离想要达到的目标越来越远。以下特对纯电动汽车与氢燃料电池汽车的基本优缺点进行比较，介绍世界氢燃料电池汽车发展趋势和动向，尤其是近期取得的若干重大突破，阐述我国为何应更加重视发展氢燃料电池汽车，并提出相应的对策建议，供有关部门及领导参考。

二、纯电动汽车技术之困短期难解

（一）主要问题与难点

抛开纯电动汽车若使用煤电并不环保这一常被人诟病之痛不说，其当前存在的主要问题与难点，归根结底，在于动力电池关键技术一直未取得实质性的重大突破与进展。纵观世界业界，虽然蓄电池的技术性能也不断有所提高，但仍然难以满足人们对车辆正常使用的要求（若使用者情不自禁地与传统汽柴油汽车相比较，问题会显得更突出），比能量低，存储的能量有限（由此也就限制了车辆的续驶里程），电池性能不稳定，可靠性差，使用寿命不够长，安全隐患大，充电时间较长等机理性缺陷以及成本高等。这些都程度不同的影响了纯电动汽车的实际应用和真正的商业化。诚然，充电基础设施不健全也是妨碍纯电动汽车推广的一个不容忽视的因素，但此并不是决定性的。如果电池技术获得重大突破，则这一问题也可能会迎刃而解。直到现在，学界和业界，无论是谁，不管名声有多大，职位有多高，都很难准确预料（预测）从根本上解决上述一系列问题的具体时间，只有靠实践才能给出答案。

1、续驶里程短

尽管国内外市场上一些厂家也宣称，其纯电动汽车产品一次充电可连续行驶数百公里，与传统汽车相差并不大，但在日常实际的的反复使用中，却难以通过重复验证而得到真正的确认。厂家所称的数据，往往是设计的理论值，而在实际的使用中，电池的能量衰减是很明显的，因此，真实的续驶里程达不到设计所期望的里程数。现今，纯电动汽车通常的续驶里程依然局限于200公里以内、大致一百多公里。纯电动汽车的续驶里程主要是由蓄电池存储能量的多少而决定，由于电池的效能即比能量低，其存储的能量就有限。而要获得更多的能量，迄今可采取的主要措施有两个：一是提高电池的比能量（就是要使单个电池存储更多能量）；二是增加构成电池组的单个电池的数量，把电池组做得更大（相应的扩大了存储能量的容量）。但采取这两项措施也只能适而可止，否则，其负面作用就很大。因为：其一，电池越大，重量也越大，不仅增加了成本，抬高了车辆的售价，而且，运动着的车辆要消耗更多的电能，既缩短了续驶里程，又削弱了电动汽车经济性的优势；其二，如果电池的比能量提高过多，其安全性就随之降低，这意味着，电池的高比能量与高安全性难以兼顾，“鱼与熊掌不能兼得”。这就是人们常说的一个悖论，或者说是一个很容易陷入的恶性循环。在本研究者看来，这是蓄电池存在的一个根本性、机理性（或者称原理性）缺陷，以目前这种原理而工作的蓄电池，只要其机理上没有发生重大改变，此种缺陷也就难以根除。除此之外，电池能量密度提高与电池寿命之间也存在难以调和的矛盾。据有关专家称，若将电池的能量密度性能提高一倍，则电池寿命可能会减掉一半；从全寿命周期角度看，里程与成本相比得出的性价比并没有提升，因为电池寿命减少了一半，全寿命周期内的总成本是一样的，甚至还会增加。我国多个地区（城市）对纯电动汽车已进行了多年的示范运行，人们对此有深刻的认识和体会，很值得广大攻关的科技人员和制定政策的国家管理人员对此进行总结与深思。

2、安全性隐患大

纵观国内外纯电动汽车的运行使用情况，其所暴露出的安全隐患是客观存在的，具有普遍性和根本性，必须引起业界的足够重视，不可抱任何侥幸心理。毕竟，人命关天，不论在什么情况下，汽车使用者的人身安全是第一位的，其它则居其次。社会上一些人，可能出于对电动汽车这个新生事物倍加呵护的善意，认为中国之大、世界之大，一年之内发生几起电动汽车起火事故并不值得大惊小怪，传统汽车不也照样会发生这类事故吗？但在本研究者看来，把这两类性质完全不同的问题混为一谈是不科学的，也是站不住脚的。传统汽车经过一百多年大规模的实际使用检验，证明其安全性技术已非常成熟，即使发生一些与电动汽车相类似的事故，人们也不会怀疑它在安全技术上有根本（或本质）性的缺陷（或不足），而（纯）电动汽车就不一样了，因为还没有经过长时间和大规模的实际应用实践检验。从近年国内外发生的电动汽车起火事故来看，多数均与电、也就是说与电池有关。换言之，（纯）电动汽车的安全隐患在于电池安全技术性能存在机理（或者说原理）性短板。以锂离子电池为例：当能量密度比较高时，若发生热失控反应，则会释放很高的热量而引起火灾；电池内的电解液是有机溶剂，为易燃物，且在4.6V上下的电压情况下，很容易发生氧化反应，一旦泄漏就会着火，甚至引起爆炸。据有关专家分析，美国特斯拉Model S型电动汽车曾在不到一年的时间里就六次起火，此绝非偶然，是与电池自身技术特性和特点有关。其中有三次事故，最终原因均被确认为电池热失控。这是电池故障的一种整体性表现，发生在电池内部的可能是在被挤压、穿刺或过度充电后而引起了短路。此外，电解液膜的耐热性也有一定局限，温度过高而超临界点时，即可能起火。对此，有人说为了防止电池热失控，可对电池组进行严密监测控制。这说起来容易做起来难，实际上很容易失控，因为一辆电动汽车的电池组由许多小的单个电池构成，要实施控制，整个系统极为复杂，其中的任何一个环节出了问题，整个系统就会失效，或许这个热控制系统本身也成了引发事故的原因之一。例如，特斯拉Model S型电动汽车，其电池组由7000块小电池组成，要进行热控制，就需要7000个控制器，将之连接起来，连接点相当于有1万个电阻。而如此之多的电阻的性能一致性就很难控制，显然，有些电阻小，使用频率就会增大，易于损坏；电阻大的，则需要通过发热来转化能量，从而增加了热失控隐患。

据有关人士的实地调查，我国许多地方示范运营的纯电动公交车，也经常发生电池温度过高的现象，存在的安全隐患也是显而易见的。为监控此种隐患，诸如广州市801路纯电动公交车上，就安装了温度过高报警器，但由于温度过高成了常态，车辆就一直在“嘟、嘟”的报警声中照常开动运营，从而引起乘客的焦虑不安和不满。据开车的司机讲，电池温度过高不仅有安全隐患，而且还使电池组输出的能量减少，影响车辆运行速度等。这表明，这种电池温度过高的公交车是“带病”运行，很不安全。

纯电动汽车不单在运行中存在如上所述的安全隐患，而且在电池充电过程中也同样存在。凡使用手机的人可能都有过这样的切身体验，就是在给手机充电（尤其在大热天）时，若充电器插头与插孔适配不好（两者贴合的状况未达到最佳化），则充电器和手机电池的温度就可能高或很高，极易出现不测事件，与此有关的新闻报道也不断传到人们的耳中。电动汽车的电池组，充电负载更大，其充电器接口可能会因反复拔插而导致在充电过程中出现过热现象，存在引发火灾的可能性。现今，电动汽车的保有量还很小，使用并不普遍，而一旦广泛普及，充电设施甚至遍布居民社区，则这种安全隐患就显得更为突出和严重。当下，有些人觉得使用电动汽车不方便，嫌充电需要好几个小时太慢。这样，有人就推出了“快充”的技术解决方案。然而，按照目前电池本身和“快充”方案的技术水平，“快充”的负面结果不容忽视：一是不可避免的会影响电池的使用寿命；二是易出现如上所述的过热现象（尤其在大热天时），从而构成安全隐患。表面看，“快充慢充”是两种技术方案的“优、劣”之争，但实际上，它暴露了表现在蓄电池技术特征上的一个矛盾现象，即人们都需要、都想获得的两个技术特性相互矛盾，不可兼顾（或兼备），因此，人们也不能兼得。这也是纯电动汽车蓄电池存在的一个机理（或原理）性缺陷。

基于当前蓄电池并非完美的技术特性，在充电时存在的另外一种安全隐患至今尚未引起人们的高度警觉，就是在高寒地区（或天气比较寒冷的季节）给电动汽车充电时，电池中的材料一旦有电流刺激，会形成金属元素，由此导致电池发生短路现象，严重时还可能会爆炸而酿成灾难（见2014年8月21日《汽车商报》）。

2015年4月26日，深圳市一辆电动公交大巴在充电站内，蓄电池突然冒烟，随后燃起熊熊大火，整辆车被烧毁。据特斯拉公司自称，其电动汽车是世界最高端、质量最好的电动汽车。但时至2015年底这段时间，却不断传来其召回在许多地区销售的有质量问题的产品。对此人们至少可以得出两点结论：一是特斯拉对用户安全用车的负责态度值得肯定；二是从此事上也折射出即使所谓最好的纯电动汽车也难以避免质量安全隐患；这无疑是给快速发展的中国纯电动汽车提个醒或者是个警示。国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组组长欧阳明高最近语重心长的指出，（纯）电动汽车规模不断扩大，会使事故概率更大。这是各地推广应用特别要关注的事，现今新能源汽车发展势头很猛，猛过头也不一定是好事，一旦有严重的安全事故发生，会对整个新能源汽车产业造成毁灭性打击，这是要特别注意的。鉴于近年我国出现的一系列电动汽车电池安全事故，国家工信部2015年8月6日发出排查新能源汽车电池安全隐患的通知。该文件的发布可以说十分及时，同时，也在一定程度上反映了电动汽车电池存在安全隐患的严重性。

3、对环境的污染问题不可忽视

（纯）电动汽车在使用过程，尤其当发生交通事故等不测事件时，会因电池损坏而对土壤、地下水等产生程度不同的重金属污染。在此方面，不仅铅酸、镍镉电池的危害是人所共知的，而且其它所谓比较先进的电池（如镍氢、锂电池等）因对事故处置不当，也同样存在对环境造成污染的风险。以锂电池为例，其正负极材料、电解质溶液等物质，如有泄漏或处置不当，会对环境及人体健康造成很大的负面影响。其中，正极材料中含有的重金属元素能够使环境的PH值升高，电解质溶液具有较强的腐蚀性，处理不当将产生有毒气体而污染空气。此种隐患在（纯）电动汽车获得大规模应用时，将会变得更突出。

（二）如何看待可用于（纯）电动汽车的各类新型电池

本研究者已深入了解到目前纯电动汽车上普遍采用的锂电池所取得的技术进步，同时也知晓，为推动纯电动汽车的向前发展而研发的各种有可能获得应用的各类新概念蓄电池。关于前者，其取得的技术进步成果不可否认，但还不是突破性的实质进展，实际的应用效果远非如有些人宣称的那样。在此当中，有关方给出的所谓的技术进步指标，仅仅是实（或试）验阶段的理论数据，而非经过长期应用后所获得的实际数据。因此，至少在本研究者看来，如此宣称的技术进步成果并不可信，或可信程度较低。有关专家也指出，近几年锂电池的技术进步虽然比较快，但还缺乏革命性的改变，与几年前没有两样：结构没有变化；主要配套材料基本没有变化。要解决纯电动汽车的续驶里程问题，可能得寄希望于新的电化学体系和新的电池技术出现。关于后者，以下作简要介绍。

1、半固态锂电池

据中科院物研所的有关专家介绍，现有的锂离子电池采用多层薄膜电极设计，而半固态锂电池则采用厚电极，在结构设计上得到了简化，减少了集流体、隔膜所占的电池总重量的比例，在采用正负极材料相同的情况下，可以提高电池的能量密度，工艺成本有望降低。但同时，由于采用厚电极，单层隔膜，无法实现快速充放电，这也意味着在动力上没有优势。在推广上，半固态锂离子电池的工艺与现有的锂离子电池的工艺不能完全兼容，生产线设计、质量控制、测试标准、量产工艺等都得从头摸索，防止内部短路的隔膜等关键材料还需要有大的突破。

2、石墨烯电池

石墨烯是现今已知材料中最薄的一种，仅有一个碳原子厚，也是目前导热效果最好的热导体。石墨烯电池理论重量是传统锂离子电池的一半，厚度也可大幅缩小，而储电量则高出数倍。按照美国有关科学家的估算，石墨烯阳极材料比锂离子电池中常用的石墨阳极充放电速度要快10倍。据称，如用于电动汽车，充一次电只需8分钟，汽车可行驶近千公里。石墨烯虽然已被各有关工业发达国家列为重要材料予以开发，但相关生产技术直到2010年才相对成熟，至今也还处于初级应用阶段。尤其是能让电池体积和重量大幅缩小的单层石墨烯材料，其成品率很低，生产成本则很高，离实际应用还有很长的路要走。

3、金属空气电池

在锂电池普遍作为纯电动汽车的主动力暴露出越来越多的难题及弊端之后，近来人们又把目光投向金属（例如锌、铝）空气电池。据称，以色列Phinergy公司和美国铝业公司（Alcoa）联合开发的铝空气电池装用于雪铁龙C1电动汽车，测试结果表明，其续驶里程是特斯拉Model S型电动汽车的2倍以上，在能量密度、成本以及环保等诸方面均具有很大优势。但本研究者并末看到更进一步的、实质性的详细报道。众所周知，尽管金属（例如铝、锌等）空气电池能量密度较高，但其释放的功率很低。以锌空气电池为例，由于比功率不足，使得其装备的电动汽车最高时速仅约为60公里，当加速或上坡时就倍感吃力。而铝空气电池功率较低的原因，是在于铝的电子产生速度较慢，其是由铝本身的特点决定的，很难克服。正因为如此，各种金属空气电池当前仅限于用作备用电池等。

针对类似于上述所谓的新概念电池，专家王学冬认为，其是否实用，光靠几项亮眼的实验室数据还不行，具有全面而客观的实际应用数据才是最有力的凭据，只有经过实践检验的东西才可信、可靠。

三、燃料电池汽车优势明显

（一）基本情况

氢燃料电池（电动）汽车的关键所在和奥妙之处，在于它的动力来源——（氢）燃料电池近乎完美和非常理想的工作原理与机制，其名义上叫电池，而实质上是一种基于电化学原理，将作为“燃料”（此所指燃料并不是传统意义上的燃料，因为它未“燃烧”，因此，要加引号）的氢和空气中的氧化剂反应生成的化学能转换成电能的发电装置（或者称为“氢气发电机”）。燃料电池早期主要应用于航天和军事目的，后来，鉴于其巨大的潜在优势和应对日趋严重的交通环境污染，人们又研究将之应用于汽车而作为动力装置。经过数十年，尤其是自20世纪90年代以来，科技人员扎扎实实的埋头探索和反复试验研究，如今，世界上氢燃料电池汽车的技术进步飞快，成果显著，大大超出国内许多人的预想，已经显露出光明的发展前景；在（纯）电动汽车关键技术障碍久攻不破的困扰下，的确给人们带来一种“眼前一亮”的感觉。在世界汽车工业界多年艰难尝试了多种新能源汽车技术方案之后，依据氢燃料电池汽车表现出来的无以伦比卓越的环保性和很高的能效，再参照对全球正在酝酿兴起的第三次工业革命的预判，学界有人甚至断言，氢燃料电池汽车很可能是世界汽车的最终发展目标和新能源汽车的终极（解决）方案。该项革命性的技术成果对人类未来经济社会将产生的重大影响和广阔的发展前景，已被世界一些具有敏锐眼光的科学家所认识。据称，最近，一个由18位顶尖科学家团队——世界经济论坛新兴技术跨界理事会，评选出全球未来最具发展潜力的、诸如无人机、新一代机器人、3D/4D打印等等的十大新兴科技。其中，氢燃料电池汽车位居榜首。

燃料电池潜在的远大发展前景，不仅为汽车业界人士所认识，而且也受到航空界的青睐。意大利都灵理工学院成功研制出世界首架燃料电池飞机，并在柏林航展上展出。在此之前，该架飞机已在汉堡试飞成功。2012年，在汉诺威工业博览会上，德国航空航天中心也展示了其研发的燃料电池飞机。同样，鉴于其巨大的优越性，燃料电池潜艇也是目前世界各军事大国研发的热点之一。

过去，在我国城乡许多人的代步工具都使用燃油摩托车，后来被蓄电池（电动）自行车所取代。基于燃料电池的巨大优越性及清洁可再生能源的快速发展，未来，传统的蓄电池（电动）自行车也可能会被氢燃料电池（电动）自行车替代。据报道，最近法国普拉格马工业公司推出了世界首款被命名“阿尔法”的氢燃料电池（电动）自行车，法国邮政总局已表示有意订购之。普拉格马公司宣称，其将在2016年首批量产100辆“阿尔法”自行车，2017年将增加至1000辆，每辆售价约2300欧元，不会超过眼下顶级传统电动自行车，以后大批量生产售价更会大幅下降。

（二）主要优势

1、基本优点

装备以质子交换膜式为代表的氢燃料电池汽车的主要优点，在很大程度上归功于燃料电池非常理想的工作原理（机理）。可以说，其在保持和扩大纯电动汽车优势的同时，又摈弃了后者固有的缺陷和不足。

（1）极好的环保性。

就车辆本身而言，在行驶过程中，只排放纯净水而无其他任何有害物质；同时，这也很符合大自然的循环规律，汽车运行工作的副产品——水，虽然以目前的状况看，汽车使用者还不能直接回收利用，但排入到大自然中总归还是要被利用（例如再次电解水制氢等等）。从能源的全寿命周期看，如果汽车使用的氢燃料是来自工业废气等副产品以及通过可再生清洁能源而制取，那么车辆总的排放污染也是很低、很少的。在全球环境污染加剧、气候变化异常的严峻局面下，促使人们现在把发展新能源汽车的目光聚焦到氢燃料电池汽车上，说到底是更看重其卓越出众的环保性。

（2）能源效率特别高。

从车辆的动力装置——氢燃料电池的工作原理上来审视，其产生的动力不经热机过程，不受热力循环限制，基本上没有热释放和热能损失。因此，能源转换效率高，为60%～70%，甚至更高，大致是内燃机的2～3倍。从这个角度上来认识问题，大力发展氢燃料电池汽车也是我国破解能源困局的有效之策和重要举措。

（3）氢能资源丰富。

向燃料电池提供的燃料——氢，来源和分布都十分广泛，理论上讲，在宇宙质量中，约有75%的氢元素。地球上的氢也几乎无处不在，无处不有，制取氢的资源丰富，途径多样，亦可谓取之不尽，用之不竭。从现实可采用的技术手段上讲，既可以用包括风、太阳能等清洁可再生能源电解水制氢，也可利用光直接解水制氢、阳光生物（例如仿照植物光合作用）制氢、废物利用制氢等等。

（4）乘坐舒适度高。

燃料电池汽车与传统汽车相比，动力系统不存在机械振动和热辐射等问题，不仅可保证汽车有关零部件有更长的使用寿命和更高的可靠性，而且汽车运行平稳，噪声轻，汽车的舒适性极佳。

2、与纯电动汽车相比的独特优点

基于燃料电池工作原理的科学、合理性，氢燃料电池汽车就从根本上避免了纯电动汽车的若干重大缺陷，例如续驶里程局限和易着火的安全隐患等等。

（1）续驶里程的局限小，补充能量快。

前面已经提到，纯电动汽车的续驶里程之所以较短，在于其蓄电池存储的能量有限。而燃料电池汽车的所谓电池，只“发电”并不蓄电，装在氢罐（或容器）里的氢才是车辆存储的能量，只要将氢源源不断的提供给燃料电池，则驱动系统就能获得足够的电能而驱动汽车行驶。这也就是说，氢燃料电池汽车的续驶里程并不取决于“电池”而取决于车载储氢罐所存储氢的多少。据有关科技资料显示，氢的能量密度很高（大致为1 kWh/kg），约是汽柴油的2～3倍，更约是车载锂离子电池的10倍（大致是100～200 Wh/kg）；5公斤的氢储量可支持氢燃料电池汽车连续行驶400公里以上，而要达到相同的里程数，纯电动汽车则要搭载约半吨多重的锂离子电池（与之相比，氢燃料电池堆则要轻很多）。由此可见，纯电动车上的能量有很多都被电池的自重消耗掉了，很不经济，也不科学合理。氢燃料电池汽车除上述的独特优点外，其补充能量的速度也很快，几分钟之内，就能给氢罐充满至达到最大续驶里程（400多公里乃至更多）的氢气量，与传统汽车加油一样方便快捷。而如前所述，纯电动汽车“慢速充电”需要7～8个小时，“快充”也要半个多小时，充一次电也只能连续行驶150～200公里。通过这种对比，还使人们看出一个重要问题，就是在推广普及纯电动和氢燃料电池汽车时都需要建立基础设施的情况下，氢燃料加注站的设置密度要比纯电动汽车充电站的密度低很多，这将会带来一系列的节省和产生积极的社会效应。

（2）电池安全性高，对环境友好。

氢燃料电池由极板夹着很薄的电解膜构成。在电解膜一侧的阳极上，氢被诸如铂一类的催化剂分解为电子与质子。质子可以穿过电解膜，与空气中的氧生成水蒸汽排出，而电子则统统被电解膜拦下，集中起来生成电流。这一过程是在物质的原子水平上发生的，从理论上讲，基本上没有热辐射，就是在实际的应用工作过程中，电池的温度最高也不会超过100℃，如果再采取一些冷却措施，则温度会更低。由于燃料电池失能甚微，即使隔膜裂了也不会发生爆炸。加之电池组件是固态材料构成，由此也就从根本上避免了类似于纯电动汽车因电池热失控和溶液（剂）泄漏等而导致的安全隐患，可获得高的安全性。要说氢燃料电池汽车在安全方面还有什么薄弱环节的话，储氢装置（或容器）可算得上是一个需要认真对待的东西（下面将涉及），但因已经有比较成熟的技术可以应用，氢燃料电池汽车的安全性基本上与传统汽车的相当，并无特别之隐忧。关于氢燃料电池在全寿命周期内对环境的影响，就整体而言，其构成材料基本上没有毒性，在制备、使用和回收处理环节，不存在对环境的污染问题。当然，这主要还是理论认识。在世界范围内，氢燃料电池汽车尚处在少量示范运用的阶段，积累的实践经验少，若大量使用时，燃料电池究竟对环境是否会产生明显的负面影响，还要由实践来回答。

（三）存在的主要问题与难点

尽管氢燃料电池汽车具有如上所述的诸多优点，但因其是一个完全创新型、革命性的技术产品，不可避免的会有一些不完善和需要改进的地方，特别是在21世纪初叶及之前的早期（或者说前期）阶段，还存在以下主要问题与难点。

1、燃料电池发动机技术性能需大幅提高

早期阶段，燃料电池发动机的技术性能欠佳，需要极大改进才能满足实际使用要求，主要涉及以下几个问题。

一是燃料电池的功率密度较低，整个燃料电池发动机输出的功率受到局限；并且，由于其动态响应较慢，在汽车均速行驶时问题尚不突出，而工况改变时，如在加速或爬坡需要更大功率的情况下，就显得很困难，影响到汽车的正常使用。

二是燃料电池发动机的耐久性较差，使用寿命较短。在前期阶段，国际上燃料电池发动机的使用寿命普遍不超过3000小时（美国能源部制定的、可满足正常使用要求的2020年目标为5000小时），与实际应用的要求还有不少差距；燃料电池汽车行驶4～5万公里后，功率即下降约40%，与传统内燃机普遍可保证汽车行驶50万公里以上相比，还逊色得多。

三是燃料电池发动机的环境适应性较差，尤其是低温情况下起动比较困难（纯电动汽车也有这种弱点），不能很好满足天气寒冷时的汽车正常使用要求。

2、系统可靠性要求高

为使燃料电池发动机具有足够大的输出功率而驱动汽车，需要把成百上千（乃至更多）个单体燃料电池集成于一体，构成燃料电池堆，不仅要求每个部件都具有一致的质量，而且串联作业时也不允许有任何的差错。如果单体电池间由于水、热、压力、燃料供应以及膜的情况的不同而出现性能上的差异，那么电池堆内部就会出现不平衡性，从而影响电池发动机的正常工作。例如燃料电池的核心部件膜电极制备，其可靠性要求就很高，需要高度关注单片膜电极制备的均一性和膜电极批量生产的一致性等。

除此之外，燃料电池发动机还比较复杂，由许多不同的部件或单元组成，它们之间也要有完美的匹配。总之，燃料电池发动机系统技术含量高，创新的潜力大，系统可靠性要求也很严苛。

3、氢燃料电池汽车制造成本高

在氢燃料电池汽车的前期发展阶段，根据不同的科技文献资料的粗略估计，氢燃料电池汽车的成本是传统汽车的数倍乃至10倍。尤其是质子交换膜燃料电池，要使用价格昂贵的铂金属催化剂，不仅导致电池成本高升，而且还要受到铂金属矿产资源有限的约束，因为世界上铂矿储量不多。

4、氢燃料供应是大难题

氢燃料电池汽车的燃料供应等基础设施，与传统汽车的完全不同，需要从头建起（当然，也可以利用现有加油站的部分设施进行改造，但终究要从头来），是一个庞大复杂的系统和网络，将经历一个较长的时期才能逐步建立形成。并且，在氢燃料供应的各个环节上，都要进行技术创新和一定的投资。其中，以下问题需要重点解决。

首先是氢的制取。比较理想的、符合可持续发展要求的制氢途径：一是本着“废物利用”和“循环经济的”原则，通过工业（比如化工、钢铁行业等）副产品和煤层气（俗称瓦斯）等制氢；二是通过清洁可再生能源电解水制氢；三是通过阳光直接分解水制氢。经由这三种途径而经济的大批量制氢，需要进行技术创新才能突破各种障碍。

其次，需要通过技术进步而获得安全可靠的管道输送氢和车载储氢的技术解决方案。就车载高压储氢而言，为使储罐能存储更多氢以保证汽车有长的行驶里程，就得提高储罐的压力，由此，就要确保罐的高压安全性和密封性。若车载容器内是液态氢，则需要有足够低的局部环境温度等等，同样涉及一系列的安全问题。

再者，从理论上分析，虽然加氢站的设置密度没有纯电动汽车充电站的那么高，但建设起来却比后者要复杂，牵涉面也更广些。（未完待续）