當前，全球能源、環(huán)境問題日益嚴重，世界各國都在積極尋求應對方案,在汽車領(lǐng)域大力推進新能源汽車的目的也正是如此。新能源汽車有不同的類型，其中，燃料電池汽車(FuelCellVehicle，F(xiàn)CV)不僅能夠在燃料上實現(xiàn)對燃油的完全替代，而且具有「零排放」、能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料來源多樣并可靈活取自于可再生能源等優(yōu)勢，因而被認為是實現(xiàn)未來汽車工業(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)境問題的理想方案之一。

目前，燃料電池汽車技術(shù)尚不夠成熟，但各國重視程度在不斷提高，呈現(xiàn)出加大力度推進的態(tài)勢。日本、美國、歐盟和韓國等都投入了大量資金和人力開展燃料電池汽車的研究。豐田、本田、通用、福特、奔馳、現(xiàn)代等公司都已經(jīng)開發(fā)出燃料電池車型并進行示范運行，進入初步應用階段。

對于中國來說，隨著汽車保有量不斷攀升，來自汽車產(chǎn)業(yè)的能源與環(huán)境壓力不斷增大：

一方面，石油對外依存度逐年上升，已從本世紀初的26%增加至2016年的65%以上，對能源安全構(gòu)成了嚴峻挑戰(zhàn)，實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，儲量豐富，來源多樣，應用廣泛，特別是具有極佳的環(huán)境友好度，代表著人類能源「脫碳入氫」、徹底避免碳排放的可能前景，是理想的長期替代能源候選對象之一。

從氫能的應用角度看，燃料電池汽車是重點方向之一，如果氫能可以在規(guī)模龐大、影響廣泛的汽車產(chǎn)業(yè)得到規(guī)模化的應用，必將產(chǎn)生深遠影響。也就是說，發(fā)展燃料電池汽車對于改善中國能源結(jié)構(gòu)、推動交通領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型以及提升重點產(chǎn)業(yè)國際競爭力和科技創(chuàng)新力具有特殊的戰(zhàn)略意義。正因如此，在《中國制造2025》等綱領(lǐng)性文件中，中國政府對燃料電池汽車及其相關(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，本文對燃料電池汽車核心技術(shù)、關(guān)鍵問題、發(fā)展現(xiàn)狀等進行了梳理，特別分析探討了中國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的特點，并提出了現(xiàn)階段有針對性的發(fā)展建議。

燃料電池汽車技術(shù)的應用進展

1、燃料電池汽車技術(shù)簡介

燃料電池是一種以電化學反應方式將燃料(氫氣)與氧化劑(空氣)的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置。19世紀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，不同級別的燃料電池問世，并逐步由特種推廣至民用領(lǐng)域，如圖1所示。

自20世紀后半段開始，各大汽車廠商紛紛開展了燃料電池汽車的研究，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產(chǎn)品，初步進入了商業(yè)化應用階段。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型，其使用的燃料和適應的應用場景各有不同，其中質(zhì)子交換膜燃料電池具有高比功率、可快速啟動、無腐蝕性、反應溫度低、氧化劑需求低等優(yōu)勢，是當前燃料電池汽車的首選。

燃料電池汽車以車載氫氣為能量源，經(jīng)燃料電池將氫氣的化學能量轉(zhuǎn)化為電能，再以電機驅(qū)動車輛行駛。顯然，這涉及燃料電池汽車本身以及氫能供應兩方面的全新內(nèi)容：

燃料電池汽車包括車載儲氫系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、電驅(qū)動系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)和輔助儲能裝置等新元素;

氫能供應則包括氫氣從生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)郊幼ⅰ⑹褂玫娜^程。燃料電池汽車的推廣和應用涉及面廣，無論對車輛本身還是對氫的制備、儲運、應用等，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;氫的存儲主要包括高壓氣態(tài)儲存、固態(tài)氫化物儲存、低溫液氫儲存等方式，相應的，其運輸方式主要包括車船運輸和管道運輸?shù)?

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

2、各國燃料電池汽車技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化

基于燃料電池汽車的良好前景，各國對其的關(guān)注程度正在不斷提升(見表1)。日本將氫能利用作為國家戰(zhàn)略方向之一，對氫能及燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度重視。政府、科研機構(gòu)和企業(yè)對燃料電池及燃料電池汽車技術(shù)的開發(fā)和應用，持續(xù)進行了大量投入，豐田汽車公司研制的Mirai、本田汽車公司的Clarity，都是處于國際領(lǐng)先水平的燃料電池轎車產(chǎn)品。

美國對燃料電池及燃料電池汽車技術(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劃。美國主要推動了燃料電池汽車在物料運輸?shù)忍厥忸I(lǐng)域的應用，至2015年，已有34家企業(yè)8000多輛燃料電池叉車投入運行，取得了較好的商業(yè)化推廣，同時道路示范車輛也有一定應用。

歐盟在歐洲工業(yè)委員會和歐洲研究社團等組織的推動下，在燃料電池及燃料電池汽車方面開展了大量研究與示范應用，同時，對用于燃料電池和燃料電池汽車的資金投入、燃料電池車隊推廣項目以及加氫站建設(shè)等進行了系統(tǒng)的規(guī)劃。

總體而言，燃料電池汽車正處在由技術(shù)研發(fā)向商業(yè)化推廣過渡的階段，各國對該技術(shù)的重視不斷升溫，投入持續(xù)增加。相比之下，日本政府對燃料電池及燃料電池汽車技術(shù)的推動力度更大，技術(shù)水平也更高，其先進的燃料電池乘用車車型已經(jīng)初步實現(xiàn)了商業(yè)化，在燃料電池汽車領(lǐng)域走在了世界前列。