聚焦·国内首辆氢燃料电池碳纤维车身汽车，全面解析氢能源汽车

本文摘要：（由ai生成）

格罗夫氢能汽车成功研制出国内首辆碳纤维车身全功率氢能动力SUV，并计划大规模生产。氢燃料电池汽车具有清洁环保、转换效率高、能量密度高等优势，有望引领国内氢能源汽车时代。格罗夫氢能汽车旨在成为全球氢燃料电池车领袖企业，推动氢能源汽车发展。

今年3月20日，中国自主品牌格罗夫氢能汽车有限公司全新正向开发的碳纤维车身全功率氢能动力乘用车首台样车研制成功。

4月13日，国内首辆氢燃料电池车在重庆格罗夫氢能汽车试制试验基地下线。该辆由格罗夫氢能汽车公司生产的“欧思典”氢燃料汽车为全尺寸SUV，新车车身采用碳纤维材料，前脸线条凌厉，头灯与前中网相连，前车门采用了上掀式设计，同时在溃缩区综合使用了复合材料和铝合金结构。

2019年4月13日，国内首辆氢燃料电池汽车下线

（图片来源：新华网）

格罗夫氢能汽车有限公司为武汉地质资源环境工业技术研究院（IGE）的子公司，品牌名称取自燃料电池的发明者William Robert Grove威廉·格罗夫院士（1839年发明燃料电池），意在向先驱致敬。而推出的格罗夫氢能乘用车项目则是在2016年9月正式问世，公司由巴塞罗那团队由格罗夫首席设计官兼联合创始人Chris先生领导，其曾担任菲亚特和日产在欧洲的设计部负责人，也曾为大众、奥迪效劳，该公司旨在2025年成长为年销量最大的氢燃料电池车全球领袖级企业。

氢燃料电池汽车具有清洁环保的优势，而与锂电池汽车相比，它又具有长续航、补给快等优点，“欧思典”氢燃料汽车加氢5分钟便可提供1200公里的续航。据了解，除国家和地方的新能源补贴后，目前购买这样一台车需要约40万元。在首辆“欧思典”氢燃料汽车下线后，今年格罗夫将试生产500台氢燃料电池车，2020年将形成万辆级批量生产销售能力，而作为配套，重庆南岸区今年将建设两个加氢站，并规划重庆市首条氢燃料电池公交车示范线。首辆氢燃料电池汽车下线是否预示着国内氢能源汽车时代的开启？为此，小编带你进一步深入了解氢燃料电池汽车！

氢燃料电池汽车优势

新能源概念其实不算新，因为早在1834年美国人就研发出了第一台电动车，而燃料电池也是19世纪末英国人提出的。20世纪60年代，燃料电池因其体积小、容量大的特点成功应用于航天领域。进入70年代后，随着技术的不断进步，氢燃料电池逐步被应用于发电和汽车。

相较于传统能源汽车，氢燃料电池汽车具有以下三点显著优势：

◆清洁环保：由于氢燃料电池汽车不排放硫化物、氮氧化物等有害气体，也不产生温室气体二氧化碳，氢燃料电池车经过燃烧以后只会生成水，对大气和环境没有任何危害。

◆转换效率高：氢燃料电池完全不进行燃烧，而是通过电化学反应直接将燃料的化学能转化成电能，因此能量转化效率可高达45%~60%，约是内燃机的两倍，随着技术的进步还可以更高。

◆能量密度高：氢气能量密度最高可达到143MJ/Kg，是汽油的3.25倍，是三元锂电池的130倍。以氢燃料电池、汽油、纯电动轿车为例：1kg氢气大约可以行驶100km；燃油车加注1kg汽油大约可以行驶20km；纯电动车1kg电池单体储存的电量仅能行驶1~2km！

氢燃料电池汽车发展史

从第一台燃料电池车1966年问世，历经30年静默期，美日和欧盟重新认识到，氢燃料电池除了军工国防的作用外，还能广泛应用在能源互联网、新能源汽车等领域。于是2000年前后，燃料电池汽车的应用开始被发达国家所关注。

1999年东京车展，本田展示了旗下的燃料电池车，此后的1999年到2001年期间多次推出试验车，为量产作出准备。2002年本田正式推出了燃料电池车型FCX。在那之后，一些国家通过建立能源法案、能源战略、技术路线图等途径，积极发展氢能源在内的清洁能源，尝试以此减少对传统一次能源的依赖。

2013 年 2 月份，世界第一辆量产版氢燃料电池车现代 ix35 FCV 正式下线；本田Clarity、丰田Mirai 等概念车也已经批量生产。2014年12月量产上市的Mirai已是丰田的“第五款”燃料电池车型，丰田官方对这款车的燃料电池系统的 描述中提到，“该车采用以本公司自主研发的丰田燃料电池组和高压储氢罐为中心的燃料电池技术以及融合混合动力技术的‘丰田燃料电池系统（TFCS）’”。其再度强调了燃料电池汽车脱胎于油电混合汽车（HEV）。这从某种程度上解释了为何眼下专攻插电混动汽车（PHEV）和纯电汽车（EV）的企业很难迅速攻坚燃料电池车的原因。  

2017年12月18日，丰田宣布到2020年，将推出10款纯电动车型 ；到2025年，旗下所有车型均将推出电动版；到2030年，该公司超过1000万辆的总体销量至少一半是新能源汽车。其中，纯电动要超过100万辆。而其电动车主要元素为氢燃料电池汽车。 

除了乘用车，氢燃料电池客车已经获得一定市场应用，国内北汽福田早在十年之前就开始研发燃料电池客车并成功进行了运营，目前，福田汽车已经是国内销量最大的燃料电池汽车厂商之一。2006年，福田汽车与清华大学、亿华通联合承接国家“863计划”中氢燃料电池客车的研发项目；2008年，福田欧辉第一代氢燃料电池客车服务北京奥运会；2014年，福田欧辉发布第二代12米氢燃料电池客车；2016年，福田欧辉推出第三代8.5米氢燃料电池客车，斩获100辆全球范围最大规模商业化燃料电池客车订单；2018年，福田汽车与清华大学、北京理工大学共同承接了北京市科委“面向冬奥环境高速燃料电池大客车”的科技研发项目；福田汽车推出第四代10.5米氢燃料电池城市客车，交付49辆张家口市，并在电动汽车百人会现场展出该型号客车。

2018年5月，北汽集团全新氢燃料电池客车

（图片来源：中国石化）

氢燃料汽车发展制约因素

制约国内氢燃料电池汽车发展因素主要在于以下四个方面：

其一：制取成本高。通过正负电极对水放电，分解水分子里的氢氧原子，可以得到氢气和氧气，目前制氢方面最常见的是采用风力发电或太阳能发电等电解水制氢，但是电解水制氢过程是极其耗电；另一方面，从自然矿产中制取氢气效率很低，而且还会产生大量的有害温室气体比如甲烷丁烷之类的，其他方式如借助化学燃料实现制氢也都绕不开污染这个问题。

其二：氢气储存难度高。氢气是密度最小的气体，而且扩散能力很强，化学性质十分活泼，这些特点决定了氢气很难以常规形式储存。目前氢气的储存方式主要有三种：高压气态储存、低温液态储存、固态吸氢材料储存。高压储氢容器体积大，存在着泄漏和氢脆等安全隐患；液氢储氢耗能大，液氢蒸发问题导致存在储罐安全隐患；可逆金属氢化物储氢重量偏大。鉴于氢气性能活泼、扩散强等特点，必须采用专用高压储氢瓶，而高压储氢瓶对材料和结构设计要求极高，其关键材料为碳纤维，尤其以高强高模碳纤维为优选，目前日本碳纤维材料及储氢瓶技术比较成熟，国内氢燃料电池汽车储氢瓶若质量不过关，一旦出现爆炸，其威力比汽油大得多。

其三：国内氢气运输体系落后。氢气输送方式主要有气氢输送、液氢输送等。气氢输送分为管道输送、长管拖车和氢气钢瓶输送。管道输送一般用于输送量大的场合，美国、加拿大及欧洲多个工业地区都有氢气管道，目前氢气管道总长度已经超过1.6万千米，法国和比利时之间建有世界最长的输氢管道，长约400千米。长管拖车运输距离不宜太远，用于输送量不大的场合；氢气钢瓶则用于输送量小且用户比较分散的场合。液氢输送一般采用罐车和船，可进行长距离输送。目前氢气输送网络系统技术尚不成熟，不利于氢燃料电池技术大规模商用化应用。

其四：加氢站太少。在氢能源汽车产业链上，加氢站是上游制氢运氢与下游燃料电池汽车应用的重要枢纽。截至2017 年底，全球共有 328 座正在运营的加氢站， 其中国内共有 12 座。然而，这些加氢站主要是为研发型及示范性汽车提供加注服务，无法有效普及。与之相比，日本预计2018 年建成120座加氢站，德国在 2030年将建成超过1000座加氢站。

氢燃料汽车发展趋势

氢燃料电池在能量密度和快速充氢上具有优势，发展前景较好，但仍存在氢气和电池（催化剂）生产成本高、储氢材料量产及成本降低难以实现等技术难题。但从长远看，包括氢燃料电池车在内的新能源汽车的关键技术终将实现质的突破，将从根本上改变目前以石油为基础的交通能源格局。

而从各国氢能源产业规划来看，多数国家是以氢燃料电池为突破口，逐步完善氢能源产业配套，并在2040~2050年实现氢能源社会。国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》显示，到2050年，氢能源需求将是目前的10倍，到2030年，全球燃料电池乘用车预计将达到1000万~1500万辆。在这一轮新竞赛中，中国正摩拳擦掌准备“弯道超车”。

来源：中科院宁波材料所特种纤维事业部

参考文献：

马明轩，氢燃料电池车有望改变化石交通能源格局；

庞彩霞，氢燃料电池国产化提速新兴产业布局持续推进；

周纯粼 ，丰田的氢能源帝国。

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