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近年来，随着我国新能源车及相关产业的迅速发展，除了已经广受关注并得到大家相当程度上了解的纯电动车（BEV）之外，让一般大众稍显陌生的氢燃料电池车（FCV）以及相关产业，近来也逐渐受到了相当程度的关注。

图注：虽然叫氢燃料电池车（FVC），但其内部其实并没有传统意义的动力电池。

获取“氢”的便利性是这一能源的巨大优势

“氢”——这一自然界中最轻的、且广泛存在的元素，由于其本身的特性，不仅可以应用于汽车领域，也可以应用于更多的领域，作为家用能源、航海、航空等众多领域的能源使用，具有优秀的泛用性。

同时，不同于石油、煤炭等化石能源在全球分布并不均匀的情况，由于氢可以通过多种来源获得或制造，制造原料的替代性极高——比如，开采石油、天然气经常会伴生有氢气；很多工业领域（比如制铁、化工等）会产生大量的副产品氢；即便是杂质较多、热值较低，直接用于火力发电等场合效率较低，也会带来较大污染的褐煤（Brown coal），也可用来制备氢；当然，通过众所周知的电解水方式，也能生产氢。因此，作为一种新能源具有广泛的意义。

重点和难点：氢能源的储存和应用

而就像大家熟悉的汽车领域一样，近年来主要的氢能源利用方式是使用燃料电池，这一方式除了具有显著地高效率的特点之外，同时污染物极少，燃料电池本身并不排出污染物，具有环境友好的特性。并且，燃料电池工作时的发热也极易利用，应用于家用、产业用等场合的定置用燃料电池可以轻松的通过工作时的发热额外为用户提供热源。

作为新兴事物，截止现在，对于氢能源和氢燃料电池等领域的了解都相对少并且琐碎，希望藉此机会，对其发展沿革和现状向大家做简要的介绍。

追溯到1837年，英国物理学家Sir William Robert Grove在新婚蜜月途中撰写了他的第一篇科学领域论文，在论文中提出了一种新的电池结构。两年后的1839年，他首次成功试验了此前由他提出的电池机构，这种新型电池称作“Grove cell”，是世界上最初的一种燃料电池。这一成就也让Sir William Robert Grove成为了燃料电池的发明者。当然，Sir William Robert Grove除了是燃料电池的发明者之外，他也是白炽灯可能的最初发明者之一，1840年他造出了早期模型，有一种说法表示托马斯·爱迪生（Thomas Edison）就是完善了他的设计。

图注：英国物理学家Sir William Robert Grove，燃料电池的发明者

1965年，美国NASA的第二个载人航天计划「双子座计划」（Project Gemini）中的「双子座5号」（Gemini V）飞船为了满足长期飞行任务的需要，使用了燃料电池供电。这也是燃料电池的世界首次实用化。具体来讲，其使用的燃料电池为固体高分子形燃料电池（PEFC）——这一类型的燃料电池，至今也是燃料电池中的主流之一。

图注：「双子座5号」飞船搭载了固体高分子形燃料电池用于供电，这是史上燃料电池首次实用化（图为休斯顿太空中心展示的「双子座5号」）

1968年，美国NASA的第三个载人航天计划，著名的「阿波罗计划」（Apollo program）中的首次载人航天任务「阿波罗7号」（Apollo 7）所使用的飞船应用了碱性电解质膜燃料电池（AMFC）。同年，美国通用汽车（GM）开始了汽车产业首款氢燃料电池车（FCV）的试作和测试。

图注：继「双子星5号」后，「阿波罗7号」任务中使用的飞船，应用了碱性电解质膜燃料电池（AMFC）

1981年，日本通商产业省（现：日本经济产业省）推进「月光计划」（「ムーンライト計画」），统合日本的产、官、学界资源开发燃料电池。1993年起，相关事项转至「新日光计划」（「ニューサンシャイン計画」）名下。

1987年，加拿大企业巴拉德动力（Ballard Power）利用美国杜邦公司（DuPont）提供的Nafion® PFSA薄膜开发固体高分子形燃料电池。

图注：「NECAR 1」（奔驰博物馆馆藏）

1994年，德国企业戴姆勒集团（Daimler AG）发表使用巴拉德动力提供的燃料电池的燃料电池车「NECAR 1」（「NECAR」为「New Electric Car」的缩写）。同样也是在1990年代，日本的三家汽车制造商，丰田、本田、日产开始着手开发FCV；日本的三家综合电机企业，三洋、松下、东芝开始着手开发家庭用燃料电池。

图注：称作「ENE・FARM」的家用燃料电池（松下制版本）

2000年代，日本各方开始对氢燃料电池车、加氢站、大型燃料电池、家用燃料电池等开始实证试验。2009年，由松下或东芝生产，称作“ENE・FARM”的家庭用燃料电池（早期进行试验时的旧名为：Lifeall)）开始面向一般市场销售，这也是世界上首款面向一般市场销售的家庭用燃料电池。“ENE・FARM”是一种将煤气、天然气、液化天然气或者灯油进行改质，提取其中的氢气，之后使用氢气与空气中的氧气进行发电的设备，而除了发电的功能之外，由于燃料电池堆进行发电时会发热，凭借这些热能，可对住宅提供热水。

其后的2014年，松下开始面向德国市场提供“ENE・FARM”，并计划推广到法国、奥地利和英国等国家。而近些年来，除了前述提到的松下和东芝两家企业外，更多的日本企业开始生产各自版本的“ENE・FARM”，松下和东芝各自的产品也进行了数次迭代，提升了效率。

同样也是2014年，丰田汽车面向日本市场发售了首款量产型FCV——丰田MIRAI。同年，现代ix35 Fuel Cell发售。2016年，本田CLARITY FUEL CELL发售。2018年，韩国现代汽车用于替代ix35 Fuel Cell的FCV车型Nexo发售。

图注：丰田MIRAI，与日本最大石化企业JXTG开设的加氢站

图注：本田CLARITY FUEL CELL

截止现在，在全球范围内，面向一般市场销售的包括丰田MIRAI、本田CLARITY FUEL CELL和现代Nexo等乘用车，同时另有欧洲和美国数个城市将氢燃料电池巴士（使用前述提及的加拿大企业巴拉德动力提供的相关解决方案开发）投入了实际的商业化运营。

图注：现代Nexo，韩国计划2022年氢燃料电池汽车保有量达8万

而作为欧洲特别是德国汽车工业的代表之一—宝马汽车公司，也曾在十余年前（2007年）推出过世界第一款供日常使用的氢动力豪华高性能轿车BMW氢能7系，不仅是宝马集团，这在当时被认为是整个汽车与能源行业向不依赖矿物燃料的可持续机动化产业时代迈进的一个里程碑。这一概念性产品的一大特点是采用了一台能够使用液氢燃料和汽油的6.0升V12发动机，两种能源间可进行切换。尽管时隔十数年，但从近期报出的消息看，宝马并未放弃这一领域，而进行着进一步的实用性开发。

图注：2007年完成上海车展首展后，宝马氢能7系还现身北京街头，并在此后的几个月内， 在广州、香港举行了一系列推广活动。

图注：曾在2015年展示的宝马5系GT氢燃料电池版

如前所述，在日本和欧洲等地，家用燃料电池已经得到实际应用（具体来讲，截止2016年1月末，日本的家用燃料电池的累计销量达到约154045台，时至今日还在持续高速增加中）。与此同时，产业用和发电事业用燃料电池，近年来也开始在日本、欧美等地逐步投入了实际使用。得益于燃料电池的工作没有机械损失等损失，相较之火力发电通常的发电效率（约30-53%）更高（通常具有约35-60%）的效率，因而受到了关注和青睐。

图注：使用巴拉德动力提供的氢燃料电池解决方案的巴士（苏格兰，Aberdeen）

总的来讲，过去氢作为燃料使用的场合，主要是产业方面和宇宙航空领域（用于火箭燃料）。近年来，新增的应用场合包括前述提及到家庭用燃料电池、包括乘用车和商用车在内的燃料电池车等方面。未来，氢燃料的适用场合可以拓展到使用氢燃料电池的产业机械、船舶、铁道车辆，或者使用氢燃料电池发电等领域。可以说，应用非常之广泛，前景很大。

而除了通过氢燃料电池利用氢能源之外，将气态或者液态的氢作为航空用喷气式引擎的燃料，也是早在1950年代就有先例的，比如普惠（Pratt & Whitney）等企业就曾在当时试验过氢燃料喷气式引擎。近些年来，包括普惠、通用电气（GE）、罗尔斯·罗伊斯（Rolls-Royce）等世界最先端的航空引擎制造商也有推进此方面的开发的计划。

降低氢源成本，发展基础设施，在中国将有更广阔的发展前景。 

无论是政策层面还是相关媒体宣传，让很多消费者甚至产生了新能源汽车=纯电动汽车这种错觉。随着纯电动汽车的财政补贴逐渐降低甚至全部退出，燃料电池车理应重新回到大家的视线中。

前不久，全国政协副主席万钢在《人民日报》发表文章称，“纯电动汽车的短板是续驶里程和充电时间，尚不能满足量大面广的远程公交、双班出租、城市物流、长途运输等市场需求。为此，应及时把产业化重点向燃料电池汽车拓展。”

站在经济发展的角度，用电量增长率、工业增长率、GDP增长率，这些反应电力消费与经济增长的指标一直呈现正相关性，而这与先前电动车政策支持引导不无关系。而站在汽车制造业的角度看，基于氢能源设计开发的燃料电池车在设计、制造、技术储备、资金支持等多方面的制造门槛要比纯电动汽车高出不少。而近些年，中国的长城汽车、上汽集团等企业也通过产业收购、自主研发等措施在燃料电池车领域开始布局。在可预见的未来，突破技术性难题指日可待，虽然燃料电池车的普遍推广相信也会与早期纯电动汽车投入使用时遇到相同的问题，而对于基础设施的要求也相当之高（比如欧美等国大多数采用站内制氢方式，这种硬件设施的成本也是非常高的），如果能持续有效降低氢源成本，并得到与纯电动汽车同样的基础设施投入，相信多元化的节能减排出行的未来，离我们将会越来越近。