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日本想用氢燃料车来与纯电动车一争高下,马斯克:别傻了

2025-05-07 212

20 年前,丰田用寓意“超前”的 Prius 给首款混合动力轿车命名,写好了环保汽车史的序章;20 年后,丰田再度用寓意“未来”的 Mirai 给首款燃料电池(Fuel Cell)汽车命名,这会带来新能源汽车的又一场革命吗?

▲ 日益壮大的 Prius 系列已成为环保汽车的标志。

日本是全球首个明确推进燃料电池汽车应用的国家,日本经济产业省(METI)早在 2013 年就为燃料电池汽车产业制定“氢燃料电池车普及策略”,并在 2016 年再度上调发展预期。按照这份激进的计划,日本将在 2020 年东京奥运会之际拥有 4 万台燃料电池汽车,2025 年达到 25 万台,而终极目标是在 2030 年达到 80 万台。

与之对比的是,日本国内现在只有丰田和本田两家拿出商业化的燃料电池汽车产品,且每家只有一款可选。

▲ 本田 Clarity,是日本国内能买到的另一款燃料电池汽车。

我们不仅是大自然的搬运工,我们还生产水

“燃料电池”是一个人人听过却无人能解释清楚的名词。要强调的是,这里的“燃料”与“燃烧”没有任何关系,燃料电池可将燃料中的化学能直接生成电能,与传统电池类似“蓄水池”储存电能相比,燃料电池是一台可发电的“造水机”。

目前燃料电池汽车广泛采用的是氢─氧燃料电池,学过高中化学的都知道水的化学方程式是 H₂O,而氢氧燃料电池产生作用的过程就是水被电离分解的相反过程。电池内部简单分为正极和负极,正负极之间为电解质架构。

工作流程中,燃料罐中的氢气被引入燃料电池的负极,氢气在此分解为氢离子和电子,氢离子融入电解质中,行驶中的流入的空气导入正极,其中氧离子遇到融入电解质的氢离子合成水,电子则从负极流向正极的过程中形成电流,驱动车辆前进。

“唯一排放到环境中的是水”是所有燃料电池汽车必备的宣传语,再加上氢为地球上含量最高的元素且氢气为可再生能源,这都让燃料电池汽车具备极高的环保特徴。

(Source:丰田 Miria 广告)

同时,燃料电池汽车也顺道具备了燃油车的几大优点:首先是添加燃料速度极快,一般 3 分钟左右即可完成加气过程;其次是燃料电池汽车的续航极为理想,目前量产车加一次气可达到近 700 公里的总里程;再来,氢气罐的体积可控,与蓄电池汽车想要增加电池容量就要占更多空间不同,燃料电池更适合卡车、皮卡等货车。最后,燃料电池汽车在燃料衰减,易维护程度方面也直逼燃油车,在生命结束周期结束后也无需像锂电池要回收处理。

马斯克:这不是燃料电池,这是傻瓜电池

然而,看起来很美很环保的燃料电池汽车,却遭到电动车巨擘、特斯拉 CEO 马斯克泼冷水。他接受汽车媒体 Automotive News 采访时,马斯克在镜头前公然宣称燃料电池汽车非常傻(Extremely Silly),电动车阵营同室操戈,究竟为何?

(Source:musk hydrogen)

燃料电池的“燃料”是氢气,但氢气并不是可从自然界直接抓到的产物。从生成氢气到灌到车里,消耗能源造成污染的环节还有 3 个。一是制造氢气,二是压缩氢气,三是运输氢气,在现有技术条件下,这 3 个步骤的能源利用率都不高。

以最重要的生成氢气来说,电解水和甲烷制氢是业界两种主流方法。电解水生成氢气的能源转化率只有 25% 左右,虽然已经有厂商尝试用太阳能发电来电解水,但是用电能电解水生成氢气,再用氢气发电的方式多少有点曲折。甲烷制氢的效率略高,代价是会生成有毒的一氧化碳,如果用燃烧去除一氧化碳,又会得到更多二氧化碳,都得不偿失。

美国加州大学欧文分校(University of California,Irvine)APEP 研究小组(Advanced Power and Energy Program)的研究结果显示,现有技术条件下,传统充电式电动车要比燃料电池汽车更节省能源。

(Source:APEP)

鸡不便宜,蛋也挺贵

几乎每个在北京购买新能源车的人都会发愁去哪充电的问题,这个问题在燃料电池汽车上尤甚,毕竟燃料电池汽车需要的加氢站在当今世界可是稀有物种。

对城市基础建设而言,加氢站和燃料电池汽车间的关系就是鸡与蛋的关系,没有足够的车量,政府和商家看不到投资加氢站的获利空间;反过来说,没有便利的加氢网络,私人车主也很难下购买燃料电池汽车的决心。

由于氢气本身易燃,再加上要用高压液态的方式储存,使得加氢站所用的储氢罐和管路都必须采用高价材料搭建,单体成本远高于特斯拉的超级充电站。

在丰田给车主的加氢站地图网站上可以看到,美国境内全部的加氢站都集中在加州为主的西海岸周边,车主想要横跨东西海岸长途旅行还是不可能的事。参照特斯拉在完成美国主干线的充电网络后取得的井喷式销量增长,目前燃料电池汽车要走的路难且长。

(Source:丰田)

另一方面,产能过小导致成本偏高也在燃料电池汽车身上重演,丰田 Mirai 在元町工厂的日产量只有 10 辆,运到美国后的总车售价达近 6 万美元,这价位在传统燃油车中已经可以买到高配的豪华品牌车辆了。如当年 Prius 和新能源车在中国生根发芽的过程一样,政府补贴是促进普及的重要举措,也会成为工业能否崛起的胜负点。

钱不是问题,技术是

对于任一项意图挑战现有市场秩序的产物来说,只谈成本未免有点眼界过小。回到文首,日本大力推广燃料电池汽车除了为东京奥运形象宣传,以及岛内能源匮乏使传统电池不易普及,更重要的还是看重燃料电池汽车更优秀的用户体验。传统燃油车的维护使用方式加上普通电动车的行动平稳性,从任何角度来说都是购车者的好选择。销量增长后,成本下降也必然可期。

如同传统燃油车,核心技术的困扰才是燃料电池汽车普及的最大障碍,造氢、储能、电池核心元件、储氢罐稀缺材料等多方面问题,都需要物理、化学、工程等跨多个基础领域的发展才能缓解,就像特斯拉电池密度的问题,成为未来几年的长期桎梏。一旦这些领域取得突破,燃料电池汽车一定会在主流舞台大放异彩,毕竟,跟着优秀的用户体验走,永远不会出错。

(本文由 爱范儿 授权转载;首图来源:丰田)

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2019-03-26 09:30:00

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