程振彪

1967年畢業(yè)于中山大學(xué)，研究員級(jí)高級(jí)工程師，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家（終身），武漢市汽車行業(yè)協(xié)會(huì)顧問，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員，江漢大學(xué)特聘客座研究員，歷任東風(fēng)汽車公司科技情報(bào)研究所總工程師、東風(fēng)汽車公司副總工程師。

長(zhǎng)期以來，程振彪一直致力于國(guó)內(nèi)外汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展跟蹤研究，成果甚豐，已出版專著、譯著數(shù)十部，共計(jì)1000余萬字，先后獲國(guó)家、部（?。┘?jí)等各類獎(jiǎng)項(xiàng)及科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)36項(xiàng)，為東風(fēng)汽車公司及中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)，在全國(guó)汽車行業(yè)乃至機(jī)械行業(yè)都產(chǎn)生了廣泛影響。

程振彪曾先后被評(píng)為十堰市勞模、東風(fēng)汽車公司勞模，全國(guó)科技情報(bào)先進(jìn)工作者，東風(fēng)汽車公司首批杰出人才，中國(guó)汽車工業(yè)杰出人物，東風(fēng)汽車公司建設(shè)功勛等。

一、引言

現(xiàn)今，國(guó)家已將新能源汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而加以大力支持發(fā)展，并明確了類似于所謂的“三駕馬車”式的（即插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車）技術(shù)路線，并明確以純電動(dòng)汽車為我國(guó)新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要戰(zhàn)略取向。概括而論，此是正確的，無可非議的。但在實(shí)際的操作運(yùn)行中，業(yè)界則并未完全理解這一政策的精神實(shí)質(zhì)，或多或少的出現(xiàn)了偏差，在全國(guó)范圍內(nèi)出現(xiàn)了“純電動(dòng)車熱而燃料電池車?yán)洹钡拿黠@反差現(xiàn)象。燃料電池汽車（文內(nèi)有些段落也采用英文縮寫“FCV”）處于被弱化、輕視的地位，上述的“三駕馬車”式格局實(shí)則成了純電動(dòng)汽車“一頭沉”。業(yè)界許多人對(duì)燃料電池汽車的認(rèn)識(shí)還停留在五年前、甚至是十年前的水平上，仍然把其視為遙不可及和僅僅作為跟蹤觀察而不是具體研發(fā)的對(duì)象。

當(dāng)前，國(guó)際上客觀的發(fā)展?fàn)顩r與我國(guó)一些人頭腦中的主觀想象大相徑庭。日、美、歐等國(guó)家與地區(qū)，尤其是日本，對(duì)燃料電池汽車的發(fā)展十分重視，并在一些關(guān)鍵性領(lǐng)域取得重大突破，有望在近期實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。這與純電動(dòng)汽車眼下關(guān)鍵技術(shù)久攻不下、進(jìn)展不明顯的境遇恰恰也形成顯著的反差。發(fā)展新能源汽車對(duì)哪一個(gè)國(guó)家都是前所未有的新事業(yè)，也是風(fēng)險(xiǎn)很大的一項(xiàng)重大科學(xué)試驗(yàn)，沒有現(xiàn)成的成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，只能自己在做的時(shí)候“摸著石頭過河”。經(jīng)歷“實(shí)踐——認(rèn)識(shí)——再實(shí)踐——再認(rèn)識(shí)”的復(fù)雜過程，最終弄清楚事物發(fā)展的內(nèi)在本質(zhì)，找出一條合乎客觀規(guī)律的新能源汽車發(fā)展道路。我國(guó)從“八·五”算起，從事新能源汽車事業(yè)足有20余年的歷史，按說已積累了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)之有深刻的體會(huì)，如今到了應(yīng)該靜下心來，好好回顧過往，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，尤其要認(rèn)真研究國(guó)際新能源汽車發(fā)展的新動(dòng)向，梳理并重新思考我國(guó)迄今為止新能源汽車發(fā)展思路、技術(shù)路線與客觀存在的實(shí)踐。如有必要，應(yīng)實(shí)事求是的、與時(shí)俱進(jìn)的對(duì)此加以調(diào)整或修正。只有把前進(jìn)的方向搞準(zhǔn)了，路徑選對(duì)了，為之的努力才不至于白費(fèi)。否則，只能是南轅北轍，距離想要達(dá)到的目標(biāo)越來越遠(yuǎn)。以下特對(duì)純電動(dòng)汽車與氫燃料電池汽車的基本優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，介紹世界氫燃料電池汽車發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)向，尤其是近期取得的若干重大突破，闡述我國(guó)為何應(yīng)更加重視發(fā)展氫燃料電池汽車，并提出相應(yīng)的對(duì)策建議，供有關(guān)部門及領(lǐng)導(dǎo)參考。

二、純電動(dòng)汽車技術(shù)之困短期難解

（一）主要問題與難點(diǎn)

拋開純電動(dòng)汽車若使用煤電并不環(huán)保這一常被人詬病之痛不說，其當(dāng)前存在的主要問題與難點(diǎn)，歸根結(jié)底，在于動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)一直未取得實(shí)質(zhì)性的重大突破與進(jìn)展?？v觀世界業(yè)界，雖然蓄電池的技術(shù)性能也不斷有所提高，但仍然難以滿足人們對(duì)車輛正常使用的要求（若使用者情不自禁地與傳統(tǒng)汽柴油汽車相比較，問題會(huì)顯得更突出），比能量低，存儲(chǔ)的能量有限（由此也就限制了車輛的續(xù)駛里程），電池性能不穩(wěn)定，可靠性差，使用壽命不夠長(zhǎng)，安全隱患大，充電時(shí)間較長(zhǎng)等機(jī)理性缺陷以及成本高等。這些都程度不同的影響了純電動(dòng)汽車的實(shí)際應(yīng)用和真正的商業(yè)化。誠(chéng)然，充電基礎(chǔ)設(shè)施不健全也是妨礙純電動(dòng)汽車推廣的一個(gè)不容忽視的因素，但此并不是決定性的。如果電池技術(shù)獲得重大突破，則這一問題也可能會(huì)迎刃而解。直到現(xiàn)在，學(xué)界和業(yè)界，無論是誰，不管名聲有多大，職位有多高，都很難準(zhǔn)確預(yù)料（預(yù)測(cè)）從根本上解決上述一系列問題的具體時(shí)間，只有靠實(shí)踐才能給出答案。

1、續(xù)駛里程短

盡管國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上一些廠家也宣稱，其純電動(dòng)汽車產(chǎn)品一次充電可連續(xù)行駛數(shù)百公里，與傳統(tǒng)汽車相差并不大，但在日常實(shí)際的的反復(fù)使用中，卻難以通過重復(fù)驗(yàn)證而得到真正的確認(rèn)。廠家所稱的數(shù)據(jù)，往往是設(shè)計(jì)的理論值，而在實(shí)際的使用中，電池的能量衰減是很明顯的，因此，真實(shí)的續(xù)駛里程達(dá)不到設(shè)計(jì)所期望的里程數(shù)?，F(xiàn)今，純電動(dòng)汽車通常的續(xù)駛里程依然局限于200公里以內(nèi)、大致一百多公里。純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程主要是由蓄電池存儲(chǔ)能量的多少而決定，由于電池的效能即比能量低，其存儲(chǔ)的能量就有限。而要獲得更多的能量，迄今可采取的主要措施有兩個(gè)：一是提高電池的比能量（就是要使單個(gè)電池存儲(chǔ)更多能量）；二是增加構(gòu)成電池組的單個(gè)電池的數(shù)量，把電池組做得更大（相應(yīng)的擴(kuò)大了存儲(chǔ)能量的容量）。但采取這兩項(xiàng)措施也只能適而可止，否則，其負(fù)面作用就很大。因?yàn)椋浩湟唬姵卦酱?，重量也越大，不僅增加了成本，抬高了車輛的售價(jià)，而且，運(yùn)動(dòng)著的車輛要消耗更多的電能，既縮短了續(xù)駛里程，又削弱了電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)；其二，如果電池的比能量提高過多，其安全性就隨之降低，這意味著，電池的高比能量與高安全性難以兼顧，“魚與熊掌不能兼得”。這就是人們常說的一個(gè)悖論，或者說是一個(gè)很容易陷入的惡性循環(huán)。在本研究者看來，這是蓄電池存在的一個(gè)根本性、機(jī)理性（或者稱原理性）缺陷，以目前這種原理而工作的蓄電池，只要其機(jī)理上沒有發(fā)生重大改變，此種缺陷也就難以根除。除此之外，電池能量密度提高與電池壽命之間也存在難以調(diào)和的矛盾。據(jù)有關(guān)專家稱，若將電池的能量密度性能提高一倍，則電池壽命可能會(huì)減掉一半；從全壽命周期角度看，里程與成本相比得出的性價(jià)比并沒有提升，因?yàn)殡姵貕勖鼫p少了一半，全壽命周期內(nèi)的總成本是一樣的，甚至還會(huì)增加。我國(guó)多個(gè)地區(qū)（城市）對(duì)純電動(dòng)汽車已進(jìn)行了多年的示范運(yùn)行，人們對(duì)此有深刻的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，很值得廣大攻關(guān)的科技人員和制定政策的國(guó)家管理人員對(duì)此進(jìn)行總結(jié)與深思。

2、安全性隱患大

縱觀國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車的運(yùn)行使用情況，其所暴露出的安全隱患是客觀存在的，具有普遍性和根本性，必須引起業(yè)界的足夠重視，不可抱任何僥幸心理。畢竟，人命關(guān)天，不論在什么情況下，汽車使用者的人身安全是第一位的，其它則居其次。社會(huì)上一些人，可能出于對(duì)電動(dòng)汽車這個(gè)新生事物倍加呵護(hù)的善意，認(rèn)為中國(guó)之大、世界之大，一年之內(nèi)發(fā)生幾起電動(dòng)汽車起火事故并不值得大驚小怪，傳統(tǒng)汽車不也照樣會(huì)發(fā)生這類事故嗎？但在本研究者看來，把這兩類性質(zhì)完全不同的問題混為一談是不科學(xué)的，也是站不住腳的。傳統(tǒng)汽車經(jīng)過一百多年大規(guī)模的實(shí)際使用檢驗(yàn)，證明其安全性技術(shù)已非常成熟，即使發(fā)生一些與電動(dòng)汽車相類似的事故，人們也不會(huì)懷疑它在安全技術(shù)上有根本（或本質(zhì)）性的缺陷（或不足），而（純）電動(dòng)汽車就不一樣了，因?yàn)檫€沒有經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間和大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐檢驗(yàn)。從近年國(guó)內(nèi)外發(fā)生的電動(dòng)汽車起火事故來看，多數(shù)均與電、也就是說與電池有關(guān)。換言之，（純）電動(dòng)汽車的安全隱患在于電池安全技術(shù)性能存在機(jī)理（或者說原理）性短板。以鋰離子電池為例：當(dāng)能量密度比較高時(shí)，若發(fā)生熱失控反應(yīng)，則會(huì)釋放很高的熱量而引起火災(zāi)；電池內(nèi)的電解液是有機(jī)溶劑，為易燃物，且在4.6V上下的電壓情況下，很容易發(fā)生氧化反應(yīng)，一旦泄漏就會(huì)著火，甚至引起爆炸。據(jù)有關(guān)專家分析，美國(guó)特斯拉Model S型電動(dòng)汽車曾在不到一年的時(shí)間里就六次起火，此絕非偶然，是與電池自身技術(shù)特性和特點(diǎn)有關(guān)。其中有三次事故，最終原因均被確認(rèn)為電池?zé)崾Э?。這是電池故障的一種整體性表現(xiàn)，發(fā)生在電池內(nèi)部的可能是在被擠壓、穿刺或過度充電后而引起了短路。此外，電解液膜的耐熱性也有一定局限，溫度過高而超臨界點(diǎn)時(shí)，即可能起火。對(duì)此，有人說為了防止電池?zé)崾Э?，可?duì)電池組進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)控制。這說起來容易做起來難，實(shí)際上很容易失控，因?yàn)橐惠v電動(dòng)汽車的電池組由許多小的單個(gè)電池構(gòu)成，要實(shí)施控制，整個(gè)系統(tǒng)極為復(fù)雜，其中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)失效，或許這個(gè)熱控制系統(tǒng)本身也成了引發(fā)事故的原因之一。例如，特斯拉Model S型電動(dòng)汽車，其電池組由7000塊小電池組成，要進(jìn)行熱控制，就需要7000個(gè)控制器，將之連接起來，連接點(diǎn)相當(dāng)于有1萬個(gè)電阻。而如此之多的電阻的性能一致性就很難控制，顯然，有些電阻小，使用頻率就會(huì)增大，易于損壞；電阻大的，則需要通過發(fā)熱來轉(zhuǎn)化能量，從而增加了熱失控隱患。

據(jù)有關(guān)人士的實(shí)地調(diào)查，我國(guó)許多地方示范運(yùn)營(yíng)的純電動(dòng)公交車，也經(jīng)常發(fā)生電池溫度過高的現(xiàn)象，存在的安全隱患也是顯而易見的。為監(jiān)控此種隱患，諸如廣州市801路純電動(dòng)公交車上，就安裝了溫度過高報(bào)警器，但由于溫度過高成了常態(tài)，車輛就一直在“嘟、嘟”的報(bào)警聲中照常開動(dòng)運(yùn)營(yíng)，從而引起乘客的焦慮不安和不滿。據(jù)開車的司機(jī)講，電池溫度過高不僅有安全隱患，而且還使電池組輸出的能量減少，影響車輛運(yùn)行速度等。這表明，這種電池溫度過高的公交車是“帶病”運(yùn)行，很不安全。

純電動(dòng)汽車不單在運(yùn)行中存在如上所述的安全隱患，而且在電池充電過程中也同樣存在。凡使用手機(jī)的人可能都有過這樣的切身體驗(yàn)，就是在給手機(jī)充電（尤其在大熱天）時(shí)，若充電器插頭與插孔適配不好（兩者貼合的狀況未達(dá)到最佳化），則充電器和手機(jī)電池的溫度就可能高或很高，極易出現(xiàn)不測(cè)事件，與此有關(guān)的新聞報(bào)道也不斷傳到人們的耳中。電動(dòng)汽車的電池組，充電負(fù)載更大，其充電器接口可能會(huì)因反復(fù)拔插而導(dǎo)致在充電過程中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，存在引發(fā)火災(zāi)的可能性?，F(xiàn)今，電動(dòng)汽車的保有量還很小，使用并不普遍，而一旦廣泛普及，充電設(shè)施甚至遍布居民社區(qū)，則這種安全隱患就顯得更為突出和嚴(yán)重。當(dāng)下，有些人覺得使用電動(dòng)汽車不方便，嫌充電需要好幾個(gè)小時(shí)太慢。這樣，有人就推出了“快充”的技術(shù)解決方案。然而，按照目前電池本身和“快充”方案的技術(shù)水平，“快充”的負(fù)面結(jié)果不容忽視：一是不可避免的會(huì)影響電池的使用壽命；二是易出現(xiàn)如上所述的過熱現(xiàn)象（尤其在大熱天時(shí)），從而構(gòu)成安全隱患。表面看，“快充慢充”是兩種技術(shù)方案的“優(yōu)、劣”之爭(zhēng)，但實(shí)際上，它暴露了表現(xiàn)在蓄電池技術(shù)特征上的一個(gè)矛盾現(xiàn)象，即人們都需要、都想獲得的兩個(gè)技術(shù)特性相互矛盾，不可兼顧（或兼?zhèn)洌?，因此，人們也不能兼得。這也是純電動(dòng)汽車蓄電池存在的一個(gè)機(jī)理（或原理）性缺陷。

基于當(dāng)前蓄電池并非完美的技術(shù)特性，在充電時(shí)存在的另外一種安全隱患至今尚未引起人們的高度警覺，就是在高寒地區(qū)（或天氣比較寒冷的季節(jié)）給電動(dòng)汽車充電時(shí)，電池中的材料一旦有電流刺激，會(huì)形成金屬元素，由此導(dǎo)致電池發(fā)生短路現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)爆炸而釀成災(zāi)難（見2014年8月21日《汽車商報(bào)》）。

2015年4月26日，深圳市一輛電動(dòng)公交大巴在充電站內(nèi)，蓄電池突然冒煙，隨后燃起熊熊大火，整輛車被燒毀。據(jù)特斯拉公司自稱，其電動(dòng)汽車是世界最高端、質(zhì)量最好的電動(dòng)汽車。但時(shí)至2015年底這段時(shí)間，卻不斷傳來其召回在許多地區(qū)銷售的有質(zhì)量問題的產(chǎn)品。對(duì)此人們至少可以得出兩點(diǎn)結(jié)論：一是特斯拉對(duì)用戶安全用車的負(fù)責(zé)態(tài)度值得肯定；二是從此事上也折射出即使所謂最好的純電動(dòng)汽車也難以避免質(zhì)量安全隱患；這無疑是給快速發(fā)展的中國(guó)純電動(dòng)汽車提個(gè)醒或者是個(gè)警示。國(guó)家“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體專家組組長(zhǎng)歐陽明高最近語重心長(zhǎng)的指出，（純）電動(dòng)汽車規(guī)模不斷擴(kuò)大，會(huì)使事故概率更大。這是各地推廣應(yīng)用特別要關(guān)注的事，現(xiàn)今新能源汽車發(fā)展勢(shì)頭很猛，猛過頭也不一定是好事，一旦有嚴(yán)重的安全事故發(fā)生，會(huì)對(duì)整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)造成毀滅性打擊，這是要特別注意的。鑒于近年我國(guó)出現(xiàn)的一系列電動(dòng)汽車電池安全事故，國(guó)家工信部2015年8月6日發(fā)出排查新能源汽車電池安全隱患的通知。該文件的發(fā)布可以說十分及時(shí)，同時(shí)，也在一定程度上反映了電動(dòng)汽車電池存在安全隱患的嚴(yán)重性。

3、對(duì)環(huán)境的污染問題不可忽視

（純）電動(dòng)汽車在使用過程，尤其當(dāng)發(fā)生交通事故等不測(cè)事件時(shí)，會(huì)因電池?fù)p壞而對(duì)土壤、地下水等產(chǎn)生程度不同的重金屬污染。在此方面，不僅鉛酸、鎳鎘電池的危害是人所共知的，而且其它所謂比較先進(jìn)的電池（如鎳氫、鋰電池等）因?qū)κ鹿侍幹貌划?dāng)，也同樣存在對(duì)環(huán)境造成污染的風(fēng)險(xiǎn)。以鋰電池為例，其正負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液等物質(zhì)，如有泄漏或處置不當(dāng)，會(huì)對(duì)環(huán)境及人體健康造成很大的負(fù)面影響。其中，正極材料中含有的重金屬元素能夠使環(huán)境的PH值升高，電解質(zhì)溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，處理不當(dāng)將產(chǎn)生有毒氣體而污染空氣。此種隱患在（純）電動(dòng)汽車獲得大規(guī)模應(yīng)用時(shí)，將會(huì)變得更突出。

（二）如何看待可用于（純）電動(dòng)汽車的各類新型電池

本研究者已深入了解到目前純電動(dòng)汽車上普遍采用的鋰電池所取得的技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)也知曉，為推動(dòng)純電動(dòng)汽車的向前發(fā)展而研發(fā)的各種有可能獲得應(yīng)用的各類新概念蓄電池。關(guān)于前者，其取得的技術(shù)進(jìn)步成果不可否認(rèn)，但還不是突破性的實(shí)質(zhì)進(jìn)展，實(shí)際的應(yīng)用效果遠(yuǎn)非如有些人宣稱的那樣。在此當(dāng)中，有關(guān)方給出的所謂的技術(shù)進(jìn)步指標(biāo)，僅僅是實(shí)（或試）驗(yàn)階段的理論數(shù)據(jù)，而非經(jīng)過長(zhǎng)期應(yīng)用后所獲得的實(shí)際數(shù)據(jù)。因此，至少在本研究者看來，如此宣稱的技術(shù)進(jìn)步成果并不可信，或可信程度較低。有關(guān)專家也指出，近幾年鋰電池的技術(shù)進(jìn)步雖然比較快，但還缺乏革命性的改變，與幾年前沒有兩樣：結(jié)構(gòu)沒有變化；主要配套材料基本沒有變化。要解決純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程問題，可能得寄希望于新的電化學(xué)體系和新的電池技術(shù)出現(xiàn)。關(guān)于后者，以下作簡(jiǎn)要介紹。

1、半固態(tài)鋰電池

據(jù)中科院物研所的有關(guān)專家介紹，現(xiàn)有的鋰離子電池采用多層薄膜電極設(shè)計(jì)，而半固態(tài)鋰電池則采用厚電極，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上得到了簡(jiǎn)化，減少了集流體、隔膜所占的電池總重量的比例，在采用正負(fù)極材料相同的情況下，可以提高電池的能量密度，工藝成本有望降低。但同時(shí)，由于采用厚電極，單層隔膜，無法實(shí)現(xiàn)快速充放電，這也意味著在動(dòng)力上沒有優(yōu)勢(shì)。在推廣上，半固態(tài)鋰離子電池的工藝與現(xiàn)有的鋰離子電池的工藝不能完全兼容，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、量產(chǎn)工藝等都得從頭摸索，防止內(nèi)部短路的隔膜等關(guān)鍵材料還需要有大的突破。

2、石墨烯電池

石墨烯是現(xiàn)今已知材料中最薄的一種，僅有一個(gè)碳原子厚，也是目前導(dǎo)熱效果最好的熱導(dǎo)體。石墨烯電池理論重量是傳統(tǒng)鋰離子電池的一半，厚度也可大幅縮小，而儲(chǔ)電量則高出數(shù)倍。按照美國(guó)有關(guān)科學(xué)家的估算，石墨烯陽極材料比鋰離子電池中常用的石墨陽極充放電速度要快10倍。據(jù)稱，如用于電動(dòng)汽車，充一次電只需8分鐘，汽車可行駛近千公里。石墨烯雖然已被各有關(guān)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家列為重要材料予以開發(fā)，但相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)直到2010年才相對(duì)成熟，至今也還處于初級(jí)應(yīng)用階段。尤其是能讓電池體積和重量大幅縮小的單層石墨烯材料，其成品率很低，生產(chǎn)成本則很高，離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

3、金屬空氣電池

在鋰電池普遍作為純電動(dòng)汽車的主動(dòng)力暴露出越來越多的難題及弊端之后，近來人們又把目光投向金屬（例如鋅、鋁）空氣電池。據(jù)稱，以色列Phinergy公司和美國(guó)鋁業(yè)公司（Alcoa）聯(lián)合開發(fā)的鋁空氣電池裝用于雪鐵龍C1電動(dòng)汽車，測(cè)試結(jié)果表明，其續(xù)駛里程是特斯拉Model S型電動(dòng)汽車的2倍以上，在能量密度、成本以及環(huán)保等諸方面均具有很大優(yōu)勢(shì)。但本研究者并末看到更進(jìn)一步的、實(shí)質(zhì)性的詳細(xì)報(bào)道。眾所周知，盡管金屬（例如鋁、鋅等）空氣電池能量密度較高，但其釋放的功率很低。以鋅空氣電池為例，由于比功率不足，使得其裝備的電動(dòng)汽車最高時(shí)速僅約為60公里，當(dāng)加速或上坡時(shí)就倍感吃力。而鋁空氣電池功率較低的原因，是在于鋁的電子產(chǎn)生速度較慢，其是由鋁本身的特點(diǎn)決定的，很難克服。正因?yàn)槿绱?，各種金屬空氣電池當(dāng)前僅限于用作備用電池等。

針對(duì)類似于上述所謂的新概念電池，專家王學(xué)冬認(rèn)為，其是否實(shí)用，光靠幾項(xiàng)亮眼的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)還不行，具有全面而客觀的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)才是最有力的憑據(jù)，只有經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的東西才可信、可靠。

三、燃料電池汽車優(yōu)勢(shì)明顯

（一）基本情況

氫燃料電池（電動(dòng)）汽車的關(guān)鍵所在和奧妙之處，在于它的動(dòng)力來源——（氫）燃料電池近乎完美和非常理想的工作原理與機(jī)制，其名義上叫電池，而實(shí)質(zhì)上是一種基于電化學(xué)原理，將作為“燃料”（此所指燃料并不是傳統(tǒng)意義上的燃料，因?yàn)樗础叭紵?，因此，要加引?hào)）的氫和空氣中的氧化劑反應(yīng)生成的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置（或者稱為“氫氣發(fā)電機(jī)”）。燃料電池早期主要應(yīng)用于航天和軍事目的，后來，鑒于其巨大的潛在優(yōu)勢(shì)和應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)重的交通環(huán)境污染，人們又研究將之應(yīng)用于汽車而作為動(dòng)力裝置。經(jīng)過數(shù)十年，尤其是自20世紀(jì)90年代以來，科技人員扎扎實(shí)實(shí)的埋頭探索和反復(fù)試驗(yàn)研究，如今，世界上氫燃料電池汽車的技術(shù)進(jìn)步飛快，成果顯著，大大超出國(guó)內(nèi)許多人的預(yù)想，已經(jīng)顯露出光明的發(fā)展前景；在（純）電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)障礙久攻不破的困擾下，的確給人們帶來一種“眼前一亮”的感覺。在世界汽車工業(yè)界多年艱難嘗試了多種新能源汽車技術(shù)方案之后，依據(jù)氫燃料電池汽車表現(xiàn)出來的無以倫比卓越的環(huán)保性和很高的能效，再參照對(duì)全球正在醞釀興起的第三次工業(yè)革命的預(yù)判，學(xué)界有人甚至斷言，氫燃料電池汽車很可能是世界汽車的最終發(fā)展目標(biāo)和新能源汽車的終極（解決）方案。該項(xiàng)革命性的技術(shù)成果對(duì)人類未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)將產(chǎn)生的重大影響和廣闊的發(fā)展前景，已被世界一些具有敏銳眼光的科學(xué)家所認(rèn)識(shí)。據(jù)稱，最近，一個(gè)由18位頂尖科學(xué)家團(tuán)隊(duì)——世界經(jīng)濟(jì)論壇新興技術(shù)跨界理事會(huì)，評(píng)選出全球未來最具發(fā)展?jié)摿Φ?、諸如無人機(jī)、新一代機(jī)器人、3D/4D打印等等的十大新興科技。其中，氫燃料電池汽車位居榜首。

燃料電池潛在的遠(yuǎn)大發(fā)展前景，不僅為汽車業(yè)界人士所認(rèn)識(shí)，而且也受到航空界的青睞。意大利都靈理工學(xué)院成功研制出世界首架燃料電池飛機(jī)，并在柏林航展上展出。在此之前，該架飛機(jī)已在漢堡試飛成功。2012年，在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國(guó)航空航天中心也展示了其研發(fā)的燃料電池飛機(jī)。同樣，鑒于其巨大的優(yōu)越性，燃料電池潛艇也是目前世界各軍事大國(guó)研發(fā)的熱點(diǎn)之一。

過去，在我國(guó)城鄉(xiāng)許多人的代步工具都使用燃油摩托車，后來被蓄電池（電動(dòng)）自行車所取代?；谌剂想姵氐木薮髢?yōu)越性及清潔可再生能源的快速發(fā)展，未來，傳統(tǒng)的蓄電池（電動(dòng)）自行車也可能會(huì)被氫燃料電池（電動(dòng)）自行車替代。據(jù)報(bào)道，最近法國(guó)普拉格馬工業(yè)公司推出了世界首款被命名“阿爾法”的氫燃料電池（電動(dòng)）自行車，法國(guó)郵政總局已表示有意訂購(gòu)之。普拉格馬公司宣稱，其將在2016年首批量產(chǎn)100輛“阿爾法”自行車，2017年將增加至1000輛，每輛售價(jià)約2300歐元，不會(huì)超過眼下頂級(jí)傳統(tǒng)電動(dòng)自行車，以后大批量生產(chǎn)售價(jià)更會(huì)大幅下降。

（二）主要優(yōu)勢(shì)

1、基本優(yōu)點(diǎn)

裝備以質(zhì)子交換膜式為代表的氫燃料電池汽車的主要優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上歸功于燃料電池非常理想的工作原理（機(jī)理）?？梢哉f，其在保持和擴(kuò)大純電動(dòng)汽車優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，又?jǐn)P棄了后者固有的缺陷和不足。

（1）極好的環(huán)保性。

就車輛本身而言，在行駛過程中，只排放純凈水而無其他任何有害物質(zhì)；同時(shí)，這也很符合大自然的循環(huán)規(guī)律，汽車運(yùn)行工作的副產(chǎn)品——水，雖然以目前的狀況看，汽車使用者還不能直接回收利用，但排入到大自然中總歸還是要被利用（例如再次電解水制氫等等）。從能源的全壽命周期看，如果汽車使用的氫燃料是來自工業(yè)廢氣等副產(chǎn)品以及通過可再生清潔能源而制取，那么車輛總的排放污染也是很低、很少的。在全球環(huán)境污染加劇、氣候變化異常的嚴(yán)峻局面下，促使人們現(xiàn)在把發(fā)展新能源汽車的目光聚焦到氫燃料電池汽車上，說到底是更看重其卓越出眾的環(huán)保性。

（2）能源效率特別高。

從車輛的動(dòng)力裝置——?dú)淙剂想姵氐墓ぷ髟砩蟻韺徱暎洚a(chǎn)生的動(dòng)力不經(jīng)熱機(jī)過程，不受熱力循環(huán)限制，基本上沒有熱釋放和熱能損失。因此，能源轉(zhuǎn)換效率高，為60%～70%，甚至更高，大致是內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。從這個(gè)角度上來認(rèn)識(shí)問題，大力發(fā)展氫燃料電池汽車也是我國(guó)破解能源困局的有效之策和重要舉措。

（3）氫能資源豐富。

向燃料電池提供的燃料——?dú)?，來源和分布都十分廣泛，理論上講，在宇宙質(zhì)量中，約有75%的氫元素。地球上的氫也幾乎無處不在，無處不有，制取氫的資源豐富，途徑多樣，亦可謂取之不盡，用之不竭。從現(xiàn)實(shí)可采用的技術(shù)手段上講，既可以用包括風(fēng)、太陽能等清潔可再生能源電解水制氫，也可利用光直接解水制氫、陽光生物（例如仿照植物光合作用）制氫、廢物利用制氫等等。

（4）乘坐舒適度高。

燃料電池汽車與傳統(tǒng)汽車相比，動(dòng)力系統(tǒng)不存在機(jī)械振動(dòng)和熱輻射等問題，不僅可保證汽車有關(guān)零部件有更長(zhǎng)的使用壽命和更高的可靠性，而且汽車運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲輕，汽車的舒適性極佳。

2、與純電動(dòng)汽車相比的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)

基于燃料電池工作原理的科學(xué)、合理性，氫燃料電池汽車就從根本上避免了純電動(dòng)汽車的若干重大缺陷，例如續(xù)駛里程局限和易著火的安全隱患等等。

（1）續(xù)駛里程的局限小，補(bǔ)充能量快。

前面已經(jīng)提到，純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程之所以較短，在于其蓄電池存儲(chǔ)的能量有限。而燃料電池汽車的所謂電池，只“發(fā)電”并不蓄電，裝在氫罐（或容器）里的氫才是車輛存儲(chǔ)的能量，只要將氫源源不斷的提供給燃料電池，則驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就能獲得足夠的電能而驅(qū)動(dòng)汽車行駛。這也就是說，氫燃料電池汽車的續(xù)駛里程并不取決于“電池”而取決于車載儲(chǔ)氫罐所存儲(chǔ)氫的多少。據(jù)有關(guān)科技資料顯示，氫的能量密度很高（大致為1 kWh/kg），約是汽柴油的2～3倍，更約是車載鋰離子電池的10倍（大致是100～200 Wh/kg）；5公斤的氫儲(chǔ)量可支持氫燃料電池汽車連續(xù)行駛400公里以上，而要達(dá)到相同的里程數(shù)，純電動(dòng)汽車則要搭載約半噸多重的鋰離子電池（與之相比，氫燃料電池堆則要輕很多）。由此可見，純電動(dòng)車上的能量有很多都被電池的自重消耗掉了，很不經(jīng)濟(jì)，也不科學(xué)合理。氫燃料電池汽車除上述的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)外，其補(bǔ)充能量的速度也很快，幾分鐘之內(nèi)，就能給氫罐充滿至達(dá)到最大續(xù)駛里程（400多公里乃至更多）的氫氣量，與傳統(tǒng)汽車加油一樣方便快捷。而如前所述，純電動(dòng)汽車“慢速充電”需要7～8個(gè)小時(shí)，“快充”也要半個(gè)多小時(shí)，充一次電也只能連續(xù)行駛150～200公里。通過這種對(duì)比，還使人們看出一個(gè)重要問題，就是在推廣普及純電動(dòng)和氫燃料電池汽車時(shí)都需要建立基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，氫燃料加注站的設(shè)置密度要比純電動(dòng)汽車充電站的密度低很多，這將會(huì)帶來一系列的節(jié)省和產(chǎn)生積極的社會(huì)效應(yīng)。

（2）電池安全性高，對(duì)環(huán)境友好。

氫燃料電池由極板夾著很薄的電解膜構(gòu)成。在電解膜一側(cè)的陽極上，氫被諸如鉑一類的催化劑分解為電子與質(zhì)子。質(zhì)子可以穿過電解膜，與空氣中的氧生成水蒸汽排出，而電子則統(tǒng)統(tǒng)被電解膜攔下，集中起來生成電流。這一過程是在物質(zhì)的原子水平上發(fā)生的，從理論上講，基本上沒有熱輻射，就是在實(shí)際的應(yīng)用工作過程中，電池的溫度最高也不會(huì)超過100℃，如果再采取一些冷卻措施，則溫度會(huì)更低。由于燃料電池失能甚微，即使隔膜裂了也不會(huì)發(fā)生爆炸。加之電池組件是固態(tài)材料構(gòu)成，由此也就從根本上避免了類似于純電動(dòng)汽車因電池?zé)崾Э睾腿芤海▌┬孤┑榷鴮?dǎo)致的安全隱患，可獲得高的安全性。要說氫燃料電池汽車在安全方面還有什么薄弱環(huán)節(jié)的話，儲(chǔ)氫裝置（或容器）可算得上是一個(gè)需要認(rèn)真對(duì)待的東西（下面將涉及），但因已經(jīng)有比較成熟的技術(shù)可以應(yīng)用，氫燃料電池汽車的安全性基本上與傳統(tǒng)汽車的相當(dāng)，并無特別之隱憂。關(guān)于氫燃料電池在全壽命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，就整體而言，其構(gòu)成材料基本上沒有毒性，在制備、使用和回收處理環(huán)節(jié)，不存在對(duì)環(huán)境的污染問題。當(dāng)然，這主要還是理論認(rèn)識(shí)。在世界范圍內(nèi)，氫燃料電池汽車尚處在少量示范運(yùn)用的階段，積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少，若大量使用時(shí)，燃料電池究竟對(duì)環(huán)境是否會(huì)產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響，還要由實(shí)踐來回答。

（三）存在的主要問題與難點(diǎn)

盡管氫燃料電池汽車具有如上所述的諸多優(yōu)點(diǎn)，但因其是一個(gè)完全創(chuàng)新型、革命性的技術(shù)產(chǎn)品，不可避免的會(huì)有一些不完善和需要改進(jìn)的地方，特別是在21世紀(jì)初葉及之前的早期（或者說前期）階段，還存在以下主要問題與難點(diǎn)。

1、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)性能需大幅提高

早期階段，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能欠佳，需要極大改進(jìn)才能滿足實(shí)際使用要求，主要涉及以下幾個(gè)問題。

一是燃料電池的功率密度較低，整個(gè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率受到局限；并且，由于其動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，在汽車均速行駛時(shí)問題尚不突出，而工況改變時(shí)，如在加速或爬坡需要更大功率的情況下，就顯得很困難，影響到汽車的正常使用。

二是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性較差，使用壽命較短。在前期階段，國(guó)際上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命普遍不超過3000小時(shí)（美國(guó)能源部制定的、可滿足正常使用要求的2020年目標(biāo)為5000小時(shí)），與實(shí)際應(yīng)用的要求還有不少差距；燃料電池汽車行駛4～5萬公里后，功率即下降約40%，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)普遍可保證汽車行駛50萬公里以上相比，還遜色得多。

三是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性較差，尤其是低溫情況下起動(dòng)比較困難（純電動(dòng)汽車也有這種弱點(diǎn)），不能很好滿足天氣寒冷時(shí)的汽車正常使用要求。

2、系統(tǒng)可靠性要求高

為使燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)具有足夠大的輸出功率而驅(qū)動(dòng)汽車，需要把成百上千（乃至更多）個(gè)單體燃料電池集成于一體，構(gòu)成燃料電池堆，不僅要求每個(gè)部件都具有一致的質(zhì)量，而且串聯(lián)作業(yè)時(shí)也不允許有任何的差錯(cuò)。如果單體電池間由于水、熱、壓力、燃料供應(yīng)以及膜的情況的不同而出現(xiàn)性能上的差異，那么電池堆內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)不平衡性，從而影響電池發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。例如燃料電池的核心部件膜電極制備，其可靠性要求就很高，需要高度關(guān)注單片膜電極制備的均一性和膜電極批量生產(chǎn)的一致性等。

除此之外，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)還比較復(fù)雜，由許多不同的部件或單元組成，它們之間也要有完美的匹配?？傊?，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)技術(shù)含量高，創(chuàng)新的潛力大，系統(tǒng)可靠性要求也很嚴(yán)苛。

3、氫燃料電池汽車制造成本高

在氫燃料電池汽車的前期發(fā)展階段，根據(jù)不同的科技文獻(xiàn)資料的粗略估計(jì)，氫燃料電池汽車的成本是傳統(tǒng)汽車的數(shù)倍乃至10倍。尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池，要使用價(jià)格昂貴的鉑金屬催化劑，不僅導(dǎo)致電池成本高升，而且還要受到鉑金屬礦產(chǎn)資源有限的約束，因?yàn)槭澜缟香K礦儲(chǔ)量不多。

4、氫燃料供應(yīng)是大難題

氫燃料電池汽車的燃料供應(yīng)等基礎(chǔ)設(shè)施，與傳統(tǒng)汽車的完全不同，需要從頭建起（當(dāng)然，也可以利用現(xiàn)有加油站的部分設(shè)施進(jìn)行改造，但終究要從頭來），是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，將經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期才能逐步建立形成。并且，在氫燃料供應(yīng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上，都要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和一定的投資。其中，以下問題需要重點(diǎn)解決。

首先是氫的制取。比較理想的、符合可持續(xù)發(fā)展要求的制氫途徑：一是本著“廢物利用”和“循環(huán)經(jīng)濟(jì)的”原則，通過工業(yè)（比如化工、鋼鐵行業(yè)等）副產(chǎn)品和煤層氣（俗稱瓦斯）等制氫；二是通過清潔可再生能源電解水制氫；三是通過陽光直接分解水制氫。經(jīng)由這三種途徑而經(jīng)濟(jì)的大批量制氫，需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新才能突破各種障礙。

其次，需要通過技術(shù)進(jìn)步而獲得安全可靠的管道輸送氫和車載儲(chǔ)氫的技術(shù)解決方案。就車載高壓儲(chǔ)氫而言，為使儲(chǔ)罐能存儲(chǔ)更多氫以保證汽車有長(zhǎng)的行駛里程，就得提高儲(chǔ)罐的壓力，由此，就要確保罐的高壓安全性和密封性。若車載容器內(nèi)是液態(tài)氫，則需要有足夠低的局部環(huán)境溫度等等，同樣涉及一系列的安全問題。

再者，從理論上分析，雖然加氫站的設(shè)置密度沒有純電動(dòng)汽車充電站的那么高，但建設(shè)起來卻比后者要復(fù)雜，牽涉面也更廣些。（未完待續(xù)）