众所周知，氢是一种极为优越的新能源，其燃烧热值高、使用效率高，且排放物仅为水。据统计，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢的来源丰富，可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，其热量释放之后的反应物又生成水，整个过程完美演绎了自然物质循环利用、持续发展的过程。
再加上当今世界石油资源日益匮乏、环境问题备受重视，世界各国纷纷将氢能列为其主要的能源发展方向，在国际上甚至认为氢能是本世纪汽车最理想的能源之一，也是人类长远的战略能源。
近几年，丰田、本田、奔驰等众多车企纷纷杀入氢燃料电池汽车产业，汽车战场在电动汽车逐渐占据一席之地之后硝烟再起。那么，氢能源是否能彻底解决燃油汽车和电动汽车的痛点，成为新能源汽车的下一个突破口？
· 氢燃料电池理论技术
燃料电池是一种能量转化装置，它是按电化学原理,即原电池工作原理，等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。
燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子，电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构成回路，产生电流。
从燃料电池的工作方式上看，它与常规的热机是类似的，只要不断地提供燃料，就能够不断地产生电能。但是燃料电池与常规的热机的差别在于热机是一种机械装置，它首先通过燃烧将反应物的化学能转变为热能，然后转变为机械能，最后才转化为电能，由于每一步都具有一定的不可逆性，因此热机的总体效率通常不高。
对于燃料电池来说，它的理论能量转换效率可达85%~90%。实际上，燃料电池在工作时由于各种极化的存在，其能量转换效率约为40%~60%，若采用热电联供的方式，燃料电池的能量转换效率则可达80%以上。
并且，常规的汽油或柴油等发电机在低于额定负载条件下发电时，由于机械损失和热损失的增加，发电机的效率要下降。但是燃料电池的高效率适用于各种负载条件，在低于额定负载条件下工作时则会由于各种极化的减小而获得更高的能量转换效率。
相对柴油汽油，氢能源最大的优势就是可再生。
除了工业副产品制氢之外，还能利用水电、风电进行电解水制氢等，全生命周期的能源效率要优于汽油柴油。氢能源作为可再生能源，对石油对外依赖很强的国家如中国、日本来说，是极具吸引力的选项。
因此，燃料电池与热机相比，具有非常突出的优越性。
· 锂电池发展遭遇瓶颈
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。而最近几年，氢燃料电池又重新引起了注意，主要原因就是锂电池发展碰到了天花板。
目前的电动汽车行业先锋特斯拉ModelX、ModelS和Model3三款车型，它们最高续航里程分别为552公里、572公里和498公里，即便是未实现交付的跑车Roadster续航也不过才644公里，更别提许多国产车还停留在400公里续航左右。
而锂电池能量密度受限于物理化学极限很难提升。锂电池能量密度太低，若以多堆电池的方法增加续航，动力电池数量增加，意味着整车重量增加，它不仅会影响到整车的百公里性能，同时还会耗费更多电力去运输电池，足以抵消电池增加带来的能源。动力电池增加还会提升电池管理难度，自燃风险成倍提升，可谓性能与安全不可兼得。
这一对矛盾导致新能源车主，永远处于充电焦虑之中，无时无刻不在关注剩余里程和充电桩位置。加上较长充电时间的限制，压抑了许多潜在的新能源汽车购置需求。
在很多方面，氢燃料汽车避免了纯电车的短板，反而与传统燃油车的特性很像。当储氢密度增加到一定程度时，燃料电池车将不存在续航焦虑，并且加氢与加油相似，只需要3-5分钟。
在电动汽车的瓶颈得不到解决时，便是氢燃料电池车发展的最好时机。
· 氢燃料电池汽车发展现状
2014年12月丰田推出世界上第一款真正实现商业化大量销售的燃料电池汽车——Mirai，这是燃料电池汽车产业的里程碑式产品。
Mirai续航里程达502km，储氢重量为5kg，而加氢时间仅需3分钟，功率密度达3.1kW/L，百公里加速为9.6s。
本田于2015年10月推出首款正式销售的燃料电池汽车Clarity，性能与Mirai不相上下。现代也在2018年底推出最新一代燃料电池汽车NEXO，续航里程805km，已在韩国、美国和欧洲上市销售。
一时间，燃料电池汽车开始步入市场。下表为国内外主要燃料电池乘用车技术参数。
可以看出，燃料电池汽车的各项技术指标已经达到甚至超过电动汽车的水平，只由于燃料电池的功率密度较低，使得百公里加速时间略显不足。
而从技术发展现状看，目前燃料电池汽车的发展就相当于十年前电动汽车初期发展的阶段，制约其应用的瓶颈有很多。
电堆耐久性差。国内多数在售产品的耐久性在3000-5000小时之间，国外产品在8000小时左右。这意味着在长时间使用情境下如公交车，有可能2-3年就需要更换电堆。
生产成本过高。目前燃料电池系统占整车成本的63%左右，而电堆成本又超过电池系统的60%，其中质子交换膜、铂催化剂等都造价不菲。
此外氢气容易渗漏对密封性要求极为严格，造成维护困难，启动需要预热时间等都影响了燃料电池的商业化进程。
并且国内氢气主要用于工业生产，交通用氢可忽略不计。燃料电池汽车持续发展关键还在于氢能产业和氢能供给体系的建立，未来如果要进一步降低成本并满足燃料电池汽车大规模使用需求，必须解决规模化制氢和经济安全输运的问题。
由于全球范围内环保的需求和我国能源转型的必要性，淘汰燃油汽车、发展新能源汽车已刻不容缓。在电池汽车与氢燃料电池汽车优缺点都存在的情况下，未来的汽车行业绝不会是一家独大的局面存在。
电动汽车支持短程通勤，那么就需要燃料电池汽车以支持长途出行，氢能源的使用也将成为新能源汽车长途使用的突破口。
作为在应用环节里真正意义上零排放的清洁能源，氢燃料电池有其独到优势。下一阶段，应将提高核心技术水平，降低成本和加强基础设施建设作为发展重点。通过政策技术双驱动消除瓶颈，规模效应降成本，推动燃料电池汽车最终实现商业化，成为我国未来新能源汽车战略中的重要组成。
