當(dāng)前，全球能源、環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，世界各國(guó)都在積極尋求應(yīng)對(duì)方案,在汽車(chē)領(lǐng)域大力推進(jìn)新能源汽車(chē)的目的也正是如此。新能源汽車(chē)有不同的類(lèi)型，其中，燃料電池汽車(chē)(FuelCellVehicle，F(xiàn)CV)不僅能夠在燃料上實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油的完全替代，而且具有「零排放」、能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料來(lái)源多樣并可靈活取自于可再生能源等優(yōu)勢(shì)，因而被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)未來(lái)汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一，也是解決全球能源和環(huán)境問(wèn)題的理想方案之一。

目前，燃料電池汽車(chē)技術(shù)尚不夠成熟，但各國(guó)重視程度在不斷提高，呈現(xiàn)出加大力度推進(jìn)的態(tài)勢(shì)。日本、美國(guó)、歐盟和韓國(guó)等都投入了大量資金和人力開(kāi)展燃料電池汽車(chē)的研究。豐田、本田、通用、福特、奔馳、現(xiàn)代等公司都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出燃料電池車(chē)型并進(jìn)行示范運(yùn)行，進(jìn)入初步應(yīng)用階段。

對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，隨著汽車(chē)保有量不斷攀升，來(lái)自汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的能源與環(huán)境壓力不斷增大：

一方面，石油對(duì)外依存度逐年上升，已從本世紀(jì)初的26%增加至2016年的65%以上，對(duì)能源安全構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，實(shí)施能源替代迫在眉睫;

另一方面，能源結(jié)構(gòu)中化石能源居于絕對(duì)主體地位，環(huán)保壓力巨大，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)同樣刻不容緩。

氫能熱值較高，儲(chǔ)量豐富，來(lái)源多樣，應(yīng)用廣泛，特別是具有極佳的環(huán)境友好度，代表著人類(lèi)能源「脫碳入氫」、徹底避免碳排放的可能前景，是理想的長(zhǎng)期替代能源候選對(duì)象之一。

從氫能的應(yīng)用角度看，燃料電池汽車(chē)是重點(diǎn)方向之一，如果氫能可以在規(guī)模龐大、影響廣泛的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)得到規(guī)模化的應(yīng)用，必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。也就是說(shuō)，發(fā)展燃料電池汽車(chē)對(duì)于改善中國(guó)能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)交通領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型以及提升重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和科技創(chuàng)新力具有特殊的戰(zhàn)略意義。正因如此，在《中國(guó)制造2025》等綱領(lǐng)性文件中，中國(guó)政府對(duì)燃料電池汽車(chē)及其相關(guān)技術(shù)提出了明確的發(fā)展規(guī)劃，重視程度不斷提升。

有鑒于此，本文對(duì)燃料電池汽車(chē)核心技術(shù)、關(guān)鍵問(wèn)題、發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行了梳理，特別分析探討了中國(guó)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)，并提出了現(xiàn)階段有針對(duì)性的發(fā)展建議。

燃料電池汽車(chē)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

1、燃料電池汽車(chē)技術(shù)簡(jiǎn)介

燃料電池是一種以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料(氫氣)與氧化劑(空氣)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置。19世紀(jì)30年代，人們提出了燃料電池的初步構(gòu)想。此后，隨著技術(shù)的發(fā)展，不同級(jí)別的燃料電池問(wèn)世，并逐步由特種推廣至民用領(lǐng)域，如圖1所示。

自20世紀(jì)后半段開(kāi)始，各大汽車(chē)廠商紛紛開(kāi)展了燃料電池汽車(chē)的研究，其中尤其以日本最為領(lǐng)先。目前全世界已有多種高性能燃料電池汽車(chē)產(chǎn)品，初步進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用階段。根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池等多種類(lèi)型，其使用的燃料和適應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景各有不同，其中質(zhì)子交換膜燃料電池具有高比功率、可快速啟動(dòng)、無(wú)腐蝕性、反應(yīng)溫度低、氧化劑需求低等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前燃料電池汽車(chē)的首選。

燃料電池汽車(chē)以車(chē)載氫氣為能量源，經(jīng)燃料電池將氫氣的化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為電能，再以電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。顯然，這涉及燃料電池汽車(chē)本身以及氫能供應(yīng)兩方面的全新內(nèi)容：

燃料電池汽車(chē)包括車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、整車(chē)控制系統(tǒng)和輔助儲(chǔ)能裝置等新元素;

氫能供應(yīng)則包括氫氣從生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)郊幼ⅰ⑹褂玫娜^(guò)程。燃料電池汽車(chē)的推廣和應(yīng)用涉及面廣，無(wú)論對(duì)車(chē)輛本身還是對(duì)氫的制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等，都有較高要求：氫的制備主要包括煤氣化制氫、水電解制氫、天然氣重整氣制氫、甲醇裂解制氫等工藝;氫的存儲(chǔ)主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)存、固態(tài)氫化物儲(chǔ)存、低溫液氫儲(chǔ)存等方式，相應(yīng)的，其運(yùn)輸方式主要包括車(chē)船運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)?

氫的應(yīng)用層面，加氫站及其他基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。而燃料電池汽車(chē)本身，則是機(jī)械、化學(xué)、材料、電控等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，如圖2所示。各國(guó)正致力于逐步提高性能、降低成本，以加快推廣應(yīng)用。

2、各國(guó)燃料電池汽車(chē)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化

基于燃料電池汽車(chē)的良好前景，各國(guó)對(duì)其的關(guān)注程度正在不斷提升(見(jiàn)表1)。日本將氫能利用作為國(guó)家戰(zhàn)略方向之一，對(duì)氫能及燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度重視。政府、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)燃料電池及燃料電池汽車(chē)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，持續(xù)進(jìn)行了大量投入，豐田汽車(chē)公司研制的Mirai、本田汽車(chē)公司的Clarity，都是處于國(guó)際領(lǐng)先水平的燃料電池轎車(chē)產(chǎn)品。

美國(guó)對(duì)燃料電池及燃料電池汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展也較為重視，早在2005年，即已將氫能列入「主流能源」選擇之一，并陸續(xù)發(fā)布了氫能與燃料電池計(jì)劃。美國(guó)主要推動(dòng)了燃料電池汽車(chē)在物料運(yùn)輸?shù)忍厥忸I(lǐng)域的應(yīng)用，至2015年，已有34家企業(yè)8000多輛燃料電池叉車(chē)投入運(yùn)行，取得了較好的商業(yè)化推廣，同時(shí)道路示范車(chē)輛也有一定應(yīng)用。

歐盟在歐洲工業(yè)委員會(huì)和歐洲研究社團(tuán)等組織的推動(dòng)下，在燃料電池及燃料電池汽車(chē)方面開(kāi)展了大量研究與示范應(yīng)用，同時(shí)，對(duì)用于燃料電池和燃料電池汽車(chē)的資金投入、燃料電池車(chē)隊(duì)推廣項(xiàng)目以及加氫站建設(shè)等進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)劃。

總體而言，燃料電池汽車(chē)正處在由技術(shù)研發(fā)向商業(yè)化推廣過(guò)渡的階段，各國(guó)對(duì)該技術(shù)的重視不斷升溫，投入持續(xù)增加。相比之下，日本政府對(duì)燃料電池及燃料電池汽車(chē)技術(shù)的推動(dòng)力度更大，技術(shù)水平也更高，其先進(jìn)的燃料電池乘用車(chē)車(chē)型已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域走在了世界前列。