原創(chuàng)|苗正 編輯|Cong
2025年7月9日,工信部開展《燃料電池電動汽車 安全要求》強制性國家標準意見征求工作。也正是因此,將一個略顯“小眾”的技術路線推向了公眾視野。當人們的目光大多聚焦于鋰電池電動車的續(xù)航競賽與充電焦慮時,是否你有思考過:與我們?nèi)找媸煜さ匿囯姵仄嚥⑿械摹叭剂想姵仄嚒保烤故窃鯓右环N存在?它為何需要專門設立嚴苛的安全標準?它所描繪的未來,又將通向何方?
與鋰電池不同,鋰電池的角色是一個能量的“搬運工”和“倉庫”。充電時,鋰離子從正極浩浩蕩蕩地奔赴負極,將電能以化學能的形式儲存起來;放電時,它們再逆向而行,釋放出電能驅(qū)動車輛。這個過程是可逆的,但能量的總量受限于電池本身的容量。
而燃料電池則是一個能量的“轉(zhuǎn)化器”,它不儲存電能,而是將外部輸入的化學燃料(主要是氫氣)與空氣中的氧化劑(氧氣)通過電化學反應,直接轉(zhuǎn)化為電能。只要燃料供應不斷,這個“發(fā)電廠”就能源源不斷地產(chǎn)生電流,驅(qū)動汽車前行。其唯一的副產(chǎn)品,是純凈的水。這個過程,安靜、高效,且在車輛端實現(xiàn)了真正的“零排放”。
這個過程的核心發(fā)生在一塊被稱為“質(zhì)子交換膜”的特殊薄膜兩側(cè)。在陽極,輸入的氫氣在催化劑的作用下,被分解為帶正電的氫質(zhì)子和帶負電的電子。質(zhì)子交換膜只允許氫質(zhì)子通過,而將電子無情地阻擋在外。無路可走的電子們只好“另辟蹊徑”,通過外部電路奔向陰極,電子的定向移動便形成了驅(qū)動車輛的電流。
在陰極,這些“殊途同歸”的電子,與穿過薄膜的氫質(zhì)子,以及從空氣中吸入的氧氣再次相遇,結合生成水分子,完成了整個發(fā)電過程。整個流程如同一場精妙的微觀舞蹈,優(yōu)雅地將氫的化學能轉(zhuǎn)化為了電能和熱能。
理解了它的工作原理,我們就能明白,燃料電池電動汽車(FCEV)的動力系統(tǒng),實際上是由儲氫罐、燃料電池堆棧、以及一個較小的動力電池(用于回收能量和提供峰值功率)等部分組成的。這也引出了其最核心,也是公眾最為關切的危險點——氫的安全。
氫,作為宇宙中最輕、最豐富的元素,其能量密度極高,是汽油的三倍多。但同時,它也是一種極其活潑的氣體,燃點低,爆炸極限范圍寬(在空氣中體積占比4%至75%即可燃燒爆炸)。這使得“談氫色變”成為一種普遍的社會心理。新聞中提及的《燃料電池電動汽車 安全要求》,其核心正是圍繞如何安全、可控地“駕馭”氫氣而展開。
其首要的風險點在于氫的儲存。為了保證足夠的續(xù)航里程,F(xiàn)CEV需要攜帶一定量的氫氣。而氫氣在常溫常壓下密度極低,必須經(jīng)過高壓壓縮才能有效儲存。目前主流的技術是使用700巴(大氣壓的700倍)甚至更高壓力的儲氫罐。這相當于在指甲蓋大小的面積上承受約700公斤的壓力。為了承受如此巨大的壓力,這些儲氫罐并非簡單的鋼瓶,而是采用“內(nèi)膽+碳纖維纏繞”的多層復合結構。
內(nèi)層是防止氫氣泄露的塑料或鋁合金,外層則用高強度的碳纖維像“織毛衣”一樣一層層緊密纏繞,最外面還有玻璃纖維保護層。這種設計使其強度遠超傳統(tǒng)的鋼瓶,能夠抵御常規(guī)的碰撞、穿刺甚至槍擊。在極端情況下,如車輛起火,儲氫罐上的易熔塞會自動熔化,在罐體達到爆炸極限前,有控制地將氫氣排出并迅速向上空燃燒,避免罐體本身發(fā)生爆炸,最大限度保障乘員安全。
那么該如何防止氫泄露呢?由于氫分子極小,滲透性強,如何保證整個高壓管路系統(tǒng)的密封性是一個巨大的工程挑戰(zhàn)。因此,F(xiàn)CEV上遍布著高精度的氫氣傳感器。一旦檢測到任何微量的氫氣泄漏,車載計算機會在毫秒之內(nèi)做出反應,立即關閉儲氫罐的瓶口閥,切斷氫氣供應,從源頭上阻止危險擴大。
此外,氫氣本身無色無味,為了在泄漏時能被察覺,通常會人為加入臭味劑。更重要的是,氫氣是世界上最輕的氣體,一旦發(fā)生泄漏,在開放空間中它會以極快的速度向上逃逸、擴散,很難在地面附近形成能夠燃燒爆炸的濃度,這反而成為了它相比于會形成“油泊”的汽油和會積聚在地面的液化石油氣的一個天然安全優(yōu)勢。當然,在車庫、隧道等密閉空間內(nèi),這種優(yōu)勢會減弱,這也是安全標準需要重點考量的場景。
因此,與其說燃料電池汽車的危險在于氫本身,不如說在于如何通過系統(tǒng)性的工程設計、冗余的安全措施和嚴格的制造標準,將氫的風險控制在可接受的范圍之內(nèi)。此次強制性國家標準的制定,正是要將這些經(jīng)過千百次實驗驗證的成熟安全方案,以法律法規(guī)的形式固定下來,為整個行業(yè)的健康發(fā)展提供基石。
那么,既然要克服如此嚴苛的安全挑戰(zhàn),我們?yōu)楹芜€要執(zhí)著于發(fā)展燃料電池技術?與已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化的鋰電池技術相比,它的優(yōu)勢又在哪里?
這并非一場“有你無我”的替代戰(zhàn)爭,而更像是一場針對不同應用場景的“優(yōu)勢互補”。鋰電池電動車(BEV)與燃料電池電動車(FCEV)的核心差異,源于能量補充方式的根本不同。BEV是“充電”,F(xiàn)CEV是“換料”。這一差異,決定了它們各自的“甜蜜點”。
對于日常通勤、城市內(nèi)的短途出行,BEV的優(yōu)勢顯而易見。用戶可以在夜間利用低谷電價在家中方便地充電,其使用成本相對低廉。然而,一旦涉及長途旅行,BEV的短板便暴露無遺。動輒數(shù)小時的充電等待時間,尤其是在節(jié)假日高速服務區(qū)“一樁難求”的窘境,成為了許多車主的“里程焦慮”之源。
而這恰恰是FCEV的核心優(yōu)勢所在。加滿一輛FCEV的氫氣,過程與加汽油或天然氣類似,僅需3到5分鐘,便能獲得超過600公里甚至更長的續(xù)航里程。這種“即加即走”的補能體驗,完美地解決了長途出行的效率問題。
更深層次的優(yōu)勢體現(xiàn)在重型商用車領域。對于追求高效率、長續(xù)航的重型卡車、長途客車而言,鋰電池路線幾乎是一條“死胡同”。若要滿足其運營需求,需要搭載重達數(shù)噸的電池包,這不僅會侵占寶貴的載貨空間和有效載荷,巨大的電池自重本身也會消耗大量電能,形成惡性循環(huán)。
充電時間更是無法接受的,因為對于商用車隊來說,時間就是金錢。而燃料電池系統(tǒng)則輕巧得多,增加續(xù)航只需換用一個稍大的儲氫罐,對車輛自重和空間的影響微乎其微。因此,在重卡、公交、物流等領域,燃料電池被普遍認為是實現(xiàn)深度脫碳的終極技術方案。
此外,燃料電池對極端氣候的適應性也優(yōu)于鋰電池。在嚴寒的冬季,鋰電池的活性會大幅下降,導致續(xù)航里程嚴重縮水,這是北方BEV車主心中永遠的痛。而燃料電池的電化學反應產(chǎn)熱,可以為自身保溫,受低溫影響小得多,保證了在寒冷地區(qū)也能有穩(wěn)定可靠的性能表現(xiàn)。
當然,這并不意味著燃料電池技術已經(jīng)完美無缺。它的發(fā)展方向,也正是在于克服當前的幾大瓶頸。
目前全球95%以上的氫氣來自于化石燃料(如天然氣、煤)的重整,這個過程會產(chǎn)生大量二氧化碳,被稱為“灰氫”,并不能實現(xiàn)全生命周期的清潔。未來的方向是大力發(fā)展利用太陽能、風能等可再生能源電解水制氫,即“綠氫”。只有當“綠氫”的生產(chǎn)規(guī)模化、成本大幅降低時,燃料電池汽車才能真正戴上“終極環(huán)保”的光環(huán)。
與遍布城鄉(xiāng)的充電樁網(wǎng)絡相比,加氫站的數(shù)量可謂鳳毛麟麟,這極大地限制了FCEV的普及。加氫站的建設和運營成本遠高于充電站,形成了一個“車少站不賺錢,站少沒人買車”的先有雞還是先有蛋的困局。未來需要國家層面進行頂層設計和戰(zhàn)略性投入,以“適度超前”的原則布局加氫網(wǎng)絡,打破僵局。
燃料電池堆棧中需要使用鉑(白金)作為催化劑,鉑是貴金屬,成本高昂。盡管通過技術進步,新一代燃料電池的鉑金用量已降至與傳統(tǒng)汽車尾氣凈化器相當?shù)乃剑M一步降低成本,甚至開發(fā)非貴金屬催化劑,仍是科研人員努力的方向。同時,高壓儲氫罐的制造成本也亟待通過規(guī)模化生產(chǎn)來攤薄。
所以依我看,燃料電池電動汽車并非是鋰電池汽車的直接顛覆者,而是未來清潔交通版圖中不可或缺的一塊重要拼圖。鋰電池憑借其靈活性和低使用成本,將主導乘用車的短途和城市出行場景;而燃料電池則憑借其長續(xù)航、快速補能和輕量化的優(yōu)勢,將在長途乘用、重型商用和公共交通等領域大放異彩。二者將長期共存,互為補充,共同推動交通運輸行業(yè)向著零碳化的目標邁進。
回望文初那則關于安全標準的新聞,我們或許能有更深的理解。它不是一個孤立的技術事件,而是一個產(chǎn)業(yè)從示范運營走向大規(guī)模商業(yè)化的關鍵信號。標準的建立,意味著技術的成熟度達到了一個新階段,意味著政策制定者已經(jīng)開始為它的到來鋪平道路。這預示著,在不遠的將來,當我們駛?cè)肽茉捶照緯r,看到的將不再僅僅是加油槍和充電樁,還有一個嶄新的選擇——高高舉起的加氫槍。它所注入的,不僅僅是驅(qū)動車輛前行的氫氣,更是對一個更多元、更清潔、更高效的未來出行生態(tài)的無限期許。
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