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(zhǔn)混動(dòng)和純電動(dòng)車型研發(fā)的時(shí)候，已經(jīng)在混動(dòng)汽車市場擁有良好發(fā)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(fā)起進(jìn)攻。首先是去年年底，豐田在日本正式發(fā)售了一款燃料電池車型（FCV）Mirai，意為“未來”。Mirai的上市標(biāo)志著第一款氫燃料電池車開始量產(chǎn)。1月的美國消費(fèi)電子展期間，豐田又宣布無償提供豐田獨(dú)有的約5680項(xiàng)燃料電池相關(guān)專利使用權(quán)，以促進(jìn)燃料電池汽車的普及與發(fā)展

從混動(dòng)到燃料電池

之所以這么多車企近年來一心搞純電動(dòng)汽車，甚至有很大一部分車企認(rèn)為新能源汽車的最終目標(biāo)就是純電驅(qū)動(dòng)，一個(gè)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(fēng)能、水能、核能、光能、燃煤等都可轉(zhuǎn)化為電能。然而豐田汽車則認(rèn)為，新能源汽車的發(fā)展路徑是從混合動(dòng)力過渡到燃料電池汽車，甚至由不得純電動(dòng)車形成真正意義上的市場。

《品質(zhì)汽車》記者了解到的一種觀點(diǎn)可以對此加以佐證。從能量守恒定律的角度看，純電動(dòng)汽車算不上一個(gè)節(jié)能的解決方案，因?yàn)榧冸妱?dòng)車只解決將電能作為汽車動(dòng)力的問題，但由于從外部輸入電瓶的電能首先要轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，每一步轉(zhuǎn)換都需要耗能，再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。而傳統(tǒng)動(dòng)力則是直接將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，混合動(dòng)力是在傳統(tǒng)動(dòng)力的基礎(chǔ)上，增加了能量回收和儲(chǔ)能裝置，將發(fā)動(dòng)機(jī)多余的動(dòng)能，以及制動(dòng)、溜車等耗費(fèi)的能量轉(zhuǎn)換為電能，然后儲(chǔ)存在電瓶中。如果使用煤電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，那么與傳統(tǒng)動(dòng)力汽車相比，純電動(dòng)汽車不僅是個(gè)高耗能產(chǎn)品，而且還是高污染產(chǎn)品。

“而氫燃料汽車由于其較高的能量轉(zhuǎn)換效率、H2O零污染的排放，都能更大程度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保?！逼嚪治鰩煆堉居抡J(rèn)為，將燃料電池汽車作為新能源汽車發(fā)展的終極目標(biāo)，不僅僅是豐田汽車，其實(shí)整個(gè)社會(huì)都有此共識。

按國際能源署預(yù)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(dòng)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(dòng)汽車、氫燃料電池汽車發(fā)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(jīng)產(chǎn)省最新預(yù)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(dòng)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(fā)展趨勢的爭論目前仍在繼續(xù)，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(zhì)疑。

張志勇在采訪中表示，“目前來講，燃料電池汽車的發(fā)展門檻的確很高，從技術(shù)上看，能量密度、儲(chǔ)氫安全、低溫性能等方面都有大量問題亟待解決，還有一個(gè)更主要的原因在于其價(jià)格高昂?！睋?jù)了解，7年前豐田曾發(fā)布了燃料電池版漢蘭達(dá)，每輛車的成本高達(dá)1億日元（當(dāng)時(shí)約合700萬元人民幣），這樣高昂的價(jià)格主要源于燃料電池中質(zhì)子交換膜的催化劑材料——鉑，而如何減少其用量或?qū)ふ液线m的替代材料成為關(guān)鍵。據(jù)了解，在改進(jìn)氫燃料電池設(shè)計(jì)的進(jìn)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(fā)了用于添加催化劑的精密設(shè)備，確保沒有一點(diǎn)催化劑被浪費(fèi)。

就Mirai這款車而言，據(jù)說每輛車成本只是當(dāng)年燃料電池版漢蘭達(dá)的1/20，售價(jià)為723.6萬日元（約合人民幣40萬元），日本政府對每輛汽車補(bǔ)貼202萬日元之后，消費(fèi)者只需支付約520萬日元（約合27萬元人民幣）。

7年時(shí)間里，豐田的燃料電池技術(shù)在不斷優(yōu)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(shù)，通過更好地排出副產(chǎn)物水，讓更多空氣流入，有效改善發(fā)電效率，整個(gè)堆棧的發(fā)電效率達(dá)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(chǔ)氫罐被設(shè)計(jì)成四層結(jié)構(gòu)，鋁合金的罐體內(nèi)部襯有塑料內(nèi)膽，外面包裹一層碳纖維強(qiáng)化塑料的保護(hù)層，保護(hù)層外側(cè)再增加一層玻璃纖維材料的減震保護(hù)層，并且每一層的纖維紋路都根據(jù)所處罐身位置不同而做了額外的優(yōu)化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護(hù)層的效果。

未來并未真正來臨

豐田燃料電池汽車的快速發(fā)展，與豐田此前較為成熟的混合動(dòng)力技術(shù)有不小的關(guān)系，據(jù)了解，燃料電池汽車技術(shù)與豐田的混合動(dòng)力汽車技術(shù)是一脈相承的，可以與混動(dòng)在電機(jī)、電控等方面核心技術(shù)共享，Mirai的工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中就有來自混動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的工程師。

如今豐田的燃料電池技術(shù)已經(jīng)能夠支持燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而且根據(jù)豐田的宣傳，Mirai加滿一箱氫氣只需3分鐘，加滿燃料后續(xù)航里程可達(dá)到650公里，對比當(dāng)今的新能源車型，無論續(xù)航里程還是加燃料時(shí)間都有明顯優(yōu)勢。而且，Mirai上市后的第一個(gè)月，日本國內(nèi)就已經(jīng)接到1500個(gè)訂單，遠(yuǎn)超過豐田2015年在日本國內(nèi)銷售400輛的計(jì)劃。

然而張志勇卻認(rèn)為，“Mirai的所謂量產(chǎn)，并非像我們通常所理解的在市場上向廣大消費(fèi)者進(jìn)行推廣，而更應(yīng)該理解為燃料汽車從實(shí)驗(yàn)室階段走向了實(shí)用階段。而這里所說的實(shí)用階段又不是指向私人消費(fèi)者銷售，而主要是面向政府機(jī)關(guān)團(tuán)體、大型服務(wù)機(jī)構(gòu)等，面向私人市場應(yīng)該還有更遠(yuǎn)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(yīng)用的初級階段?！?/p>

首先在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，燃料電池車加氫站的建設(shè)就有不小難題。據(jù)了解，目前一座加氫站的建設(shè)費(fèi)用在5億日元（約2600萬元人民幣），即使政府提供一半補(bǔ)貼，建設(shè)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(yè)愿意投入這筆巨資。燃料電池車加氫站的建設(shè)比純電動(dòng)車充電樁、充電站的建設(shè)難度也更大。

另外一點(diǎn)，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(huán)保汽車仍沒有實(shí)際意義。

最近有消息稱，Mirai的注冊資料已經(jīng)出現(xiàn)在了中國國家知識產(chǎn)權(quán)局，這預(yù)示著Mirai今后有望引入國內(nèi)銷售。對此記者向豐田中國發(fā)言人牛豫求證，得到的結(jié)論是，就Mirai是否會(huì)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(shí)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(xué)反應(yīng)過程中的電荷轉(zhuǎn)移來形成電流的，這一過程最關(guān)鍵的技術(shù)就是利用特殊的“電解質(zhì)薄膜”將氫氣拆分，整個(gè)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(zhì)薄膜也是燃料電池領(lǐng)域最難被攻克的技術(shù)壁壘。因?yàn)闅浞肿芋w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(zhì)子通過，氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。電解質(zhì)薄膜兩側(cè)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(fù)電）和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個(gè)氫離子和一個(gè)氧離子結(jié)合成為純水，是反應(yīng)的廢物。所以本質(zhì)來講，整個(gè)運(yùn)行過程就是發(fā)電過程。