FCV“未來”的姿勢

文/宋菲

FCV“未來”的姿勢

文/宋菲

就在各車企集中火力對準混動和純電動車型研發的時候，已經在混動汽車市場擁有良好發展勢頭的豐田卻開始另辟蹊徑地向新能源另一片市場即氫燃料汽車發起進攻。首先是去年年底，豐田在日本正式發售了一款燃料電池車型（FCV）Mirai，意為“未來”。Mirai的上市標志著第一款氫燃料電池車開始量產。1月的美國消費電子展期間，豐田又宣布無償提供豐田獨有的約5680項燃料電池相關專利使用權，以促進燃料電池汽車的普及與發展

從混動到燃料電池

之所以這么多車企近年來一心搞純電動汽車，甚至有很大一部分車企認為新能源汽車的最終目標就是純電驅動，一個主要原因在于，在找到石油的替代能源之前，電能是最直接可用的能源形式，風能、水能、核能、光能、燃煤等都可轉化為電能。然而豐田汽車則認為，新能源汽車的發展路徑是從混合動力過渡到燃料電池汽車，甚至由不得純電動車形成真正意義上的市場。

《品質汽車》記者了解到的一種觀點可以對此加以佐證。從能量守恒定律的角度看，純電動汽車算不上一個節能的解決方案，因為純電動車只解決將電能作為汽車動力的問題，但由于從外部輸入電瓶的電能首先要轉化為化學能，使用時再將化學能轉換為電能，每一步轉換都需要耗能，再轉換為機械能。而傳統動力則是直接將發動機的動力轉換為機械能，混合動力是在傳統動力的基礎上，增加了能量回收和儲能裝置，將發動機多余的動能，以及制動、溜車等耗費的能量轉換為電能，然后儲存在電瓶中。如果使用煤電驅動電動車，那么與傳統動力汽車相比，純電動汽車不僅是個高耗能產品，而且還是高污染產品。

“而氫燃料汽車由于其較高的能量轉換效率、H2O零污染的排放，都能更大程度地實現節能環保。”汽車分析師張志勇認為，將燃料電池汽車作為新能源汽車發展的終極目標，不僅僅是豐田汽車，其實整個社會都有此共識。

按國際能源署預測，2030年以前，全球新能源汽車市場仍將以插電式汽車、純電動汽車為主，2030年氫燃料電池汽車在世界汽車銷量中的占比約為2%～3%。2030～2050年，插電式汽車、純電動汽車、氫燃料電池汽車發展順序和市場大格局保持不變，但氫燃料電池汽車占比將提高到15%左右。日本經產省最新預測，2030年氫燃料電池汽車占日本汽車市場保有量的比例約為3%，插電式汽車和純電動汽車占比為20%～30%。

成本從1億到500萬

然而，對于這一新能源發展趨勢的爭論目前仍在繼續，新能源汽車的另一位大佬，特斯拉CEO馬斯克就曾公開表示質疑。

張志勇在采訪中表示，“目前來講，燃料電池汽車的發展門檻的確很高，從技術上看，能量密度、儲氫安全、低溫性能等方面都有大量問題亟待解決，還有一個更主要的原因在于其價格高昂。”據了解，7年前豐田曾發布了燃料電池版漢蘭達，每輛車的成本高達1億日元（當時約合700萬元人民幣），這樣高昂的價格主要源于燃料電池中質子交換膜的催化劑材料——鉑，而如何減少其用量或尋找合適的替代材料成為關鍵。據了解，在改進氫燃料電池設計的進程中，豐田大幅度減少了燃料電池中鉑的使用量，使催化劑更為高效，并且為了減少鉑的使用量，開發了用于添加催化劑的精密設備，確保沒有一點催化劑被浪費。

就Mirai這款車而言，據說每輛車成本只是當年燃料電池版漢蘭達的1/20，售價為723.6萬日元（約合人民幣40萬元），日本政府對每輛汽車補貼202萬日元之后，消費者只需支付約520萬日元（約合27萬元人民幣）。

7年時間里，豐田的燃料電池技術在不斷優化，除了上述催化劑方面的改善，比如Mirai搭載的燃料電池堆棧由370片薄片燃料電池組成，利用3D立體微流道技術，通過更好地排出副產物水，讓更多空氣流入，有效改善發電效率，整個堆棧的發電效率達到3.1kW/L，比7年前提升了2.2倍。再比如，為了提升燃料電池車的安全性，儲氫罐被設計成四層結構，鋁合金的罐體內部襯有塑料內膽，外面包裹一層碳纖維強化塑料的保護層，保護層外側再增加一層玻璃纖維材料的減震保護層，并且每一層的纖維紋路都根據所處罐身位置不同而做了額外的優化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護層的效果。

未來并未真正來臨

豐田燃料電池汽車的快速發展，與豐田此前較為成熟的混合動力技術有不小的關系，據了解，燃料電池汽車技術與豐田的混合動力汽車技術是一脈相承的，可以與混動在電機、電控等方面核心技術共享，Mirai的工程設計團隊中就有來自混動汽車設計的工程師。

如今豐田的燃料電池技術已經能夠支持燃料電池汽車實現量產，而且根據豐田的宣傳，Mirai加滿一箱氫氣只需3分鐘，加滿燃料后續航里程可達到650公里，對比當今的新能源車型，無論續航里程還是加燃料時間都有明顯優勢。而且，Mirai上市后的第一個月，日本國內就已經接到1500個訂單，遠超過豐田2015年在日本國內銷售400輛的計劃。

然而張志勇卻認為，“Mirai的所謂量產，并非像我們通常所理解的在市場上向廣大消費者進行推廣，而更應該理解為燃料汽車從實驗室階段走向了實用階段。而這里所說的實用階段又不是指向私人消費者銷售，而主要是面向政府機關團體、大型服務機構等，面向私人市場應該還有更遠的距離。豐田的燃料電池車雖然得到了日本政府的大力支持，但仍舊處于市場應用的初級階段。”

首先在基礎設施建設方面，燃料電池車加氫站的建設就有不小難題。據了解，目前一座加氫站的建設費用在5億日元（約2600萬元人民幣），即使政府提供一半補貼，建設成本仍是加油站的4倍。如果不能保證一定量的車輛保有，就很難有企業愿意投入這筆巨資。燃料電池車加氫站的建設比純電動車充電樁、充電站的建設難度也更大。

另外一點，目前氫氣仍主要源自于天然氣、石油等化石燃料，如果不能廣泛利用低成本光伏、生物等電解的氫，氫燃料電池汽車作為終極環保汽車仍沒有實際意義。

最近有消息稱，Mirai的注冊資料已經出現在了中國國家知識產權局，這預示著Mirai今后有望引入國內銷售。對此記者向豐田中國發言人牛豫求證，得到的結論是，就Mirai是否會引入中國銷售還沒有確定。

燃料電池工作原理

雖然燃料電池名字里面有“燃料”字樣，同時氫氣也能夠跟氧氣在一起劇烈燃燒，但燃料電池卻不是利用燃燒來獲取能量，而是利用氫氣跟氧氣化學反應過程中的電荷轉移來形成電流的，這一過程最關鍵的技術就是利用特殊的“電解質薄膜”將氫氣拆分，整個過程可以理解成蚊子無法穿過紗窗，但是更小的灰塵卻可以。電解質薄膜也是燃料電池領域最難被攻克的技術壁壘。因為氫分子體積小，可以透過薄膜的微小孔洞游離到對面去，但是在穿越孔洞的過程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質子通過，氫質子被吸引到薄膜另一側的電極與氧分子結合。電解質薄膜兩側的電極板將氫氣拆分成氫離子（正電）和電子、將氧氣拆分成氧離子（負電）和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結合成為純水，是反應的廢物。所以本質來講，整個運行過程就是發電過程。