新能源汽车的发展越来越受到人们的重视，其一般指纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车，以及其他新能源汽车。其中纯电动汽车是目前国内新能源汽车最主要的发展方向，但是受制于电池的性能，其有以下3个主要缺陷。

续航里程受限：受动力电池能量密度的限制，纯电动汽车的续航里程有限，目前中国市场上主要的66种电动小汽车，续航里程大部分在400Km以内，平均行驶里程为240Km。锂电池的能量密度提升已面临技术瓶颈，续航里程提升空间非常有限，除非发现革命性电池产品，目前及今后一段时间内续航能力仍然不能够令人满意。

66种电动小汽车续航里程统计（数据来源网络）

充电时间长：统计了市场上13个类型纯电动汽车的充电时间，数据显示正常充电时间平均约8小时，快速充电平均也需1-2小时。在快速充电的时候，对电压要求较高，如果电动车大规模普及且兼顾充电速度的情况下，电网将会承受较大压力。

13种电动小汽车充电时间统计（数据来源网络）

受低温影响：目前纯电动汽车采用的电池主要是三元锂电池和磷酸铁锂电池，在低温情况下这些锂电池中的锂盐活动大大受到限制, 充电效率很低, 会导致充不满,放电亦是如此。如果长期处于低温状态下，还会对锂电池造成不可逆的伤害。

相对于纯电动汽车存在上述的种种不足，新能源的另一方向：燃料电池汽车（通常以氢为燃料）则进入人们的视野。说明一下本文介绍的氢燃料电池汽车，指的不是通过燃烧氢气来驱动的汽车（尽管也有厂家生产过这样的汽车），而是指通过氢的氧化还原反应，将化学能转换成的电能作为动力的汽车。

首个燃料电池在1839年就出现了，由英国物理学家威廉·葛洛夫所发明，20世纪70年代美国国家航空航天局就开始用于太空任务当中，为探测器、人造卫星和太空舱提供电力。

燃料电池有多种类型，但是它们都有相同的工作模式。它们主要由三个相邻区段组成：阳极、电解质和阴极。在阳极上，催化剂将燃料（通常是氢气）氧化，使燃料变成一个正电荷的离子和一个负电荷的电子。经专门设计的电解液使得离子可以通过，而电子则无法通过。被释放的电子穿过一条电线，因而产生电流。离子通过电解液前往阴极。一旦达到阴极，离子与电子团聚，两者与第三化学品（通常为氧气）一起反应，而产生水。

燃料电池原理基本结构（来源：http://www.sohu.com/a/107116425_128877）

按其电解质不同，常用的燃料电池包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）等。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）操作温度低、启动速度快，是车用燃料电池的首选。

燃料电池汽车具有以下几个特性：

燃料电池特性（来源：http://www.sinohytec.com）

能源利用率高：燃料电池的能量效率通常为40-60％之间，如果废热被捕获使用，其热电联产的能量效率可更高。

零污染：燃料电池产电后会产生水与热（例如氢燃料），如果使用其他燃料，有可能产生极少量二氧化碳和其他物质，但对环境的污染比原电池及化石燃料发电厂少，是一种绿色能源。

加氢时间短，续航里程长：燃料电池所用的氢气可以像传统车汽油一样充装速度快，甚至只需要几分钟时间；此外氢燃料电池的能量密度高，相关数据显示，1Kg的氢可以供小汽车行使100Km，如果携带5Kg的氢，车辆的续航里程可以达到500Km左右。

车辆运行噪音低：燃料电池运行安静，相当于人们正常交谈的水平，燃料电池汽车运行过程中非常安静。

低温状态运行良好：燃料电池在原理上保证了电池在低温环境中的工作性能，使得续航里程基本不会受到外界温度的影响。相关公司的氢燃料电池堆可以在零下46℃无需保护低温存储，零下30℃正常低温启动。

下图是国内纯电动客车和燃料电池客车两个代表车型的对比数据，纯电动车是比亚迪的K9，燃料电池客车是宇通 ZK6125FCEVG2，两车的车辆长度和载客量基本相同，但是在续航能力和充电与加氢时间存在区别明显。

两种新能源客车对比分析（来源：ITDP）

我国燃料电池汽车的发展及现状

我国的燃料电池相关技术研究起源于20世纪50年代开始， 2001年开始进行氢燃料电池汽车相关的研发工作。从2001年到2008年是技术研究阶段。2008年北京奥运会推出的氢燃料电池示范车，引起了众多关注，后续又在2010年上海世博会推出196辆燃料电池客车示范运营。

经过前期的准备阶段，国内的氢燃料电池车在2016开始了井喷式的发展，多个地方政府开始密集出台燃料电池汽车相关产业政策。2017年度国内一共生产了1226辆氢燃料电池车，比上年增长102%。在政策和企业的推动下，中国燃料电池汽车开始进入“加速发展期”。

我国燃料电池技术发展路线节点图（来源：ITDP）

国内目前氢燃料电池汽车大部分是公交、物流车等商用车，这一点应该由以下两个因素导致的：

1. 目前中国在氢燃料电池汽车方面的技术对比国外，还有一定差距，导致设备占用空间大，客车、公交车、物流车这种商用车空间较大，符合国内目前氢燃料电池发展的阶段，有先天的优势；

2. 相对于私家车，商用车的使用环境相对标准化，行使在固定的路线，相对而言加氢站的设计分布也相对容易。

目前中国政府高度重视氢燃料汽车相关的技术，今年5月李克强总理在日本北海苫小牧市丰田考察期间，详细了解氢燃料电池汽车相关的技术。这是国家最高级别领导人首次在公开场合上对于燃料电池车辆的考察，对氢燃料电池汽车产业的发展释放出积极信号。

李克强总理考察日本氢燃料电池汽车（来源：http://www.gov.cn/premier/2018-05/13/content_5290699.htm）

国家层面的产业规划《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家科技创新规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《中国制造2025》、《汽车产业中长期发展规划》、《“十三五”交通领域科技创新专项规划》也等纷纷将发展氢能和燃料电池技术列为重点任务，将燃料电池汽车列为重点支持领域。

我国燃料电池技术发展政策历程及规划图（来源：ITDP）

在地方政府层面，多个省份和城市也出台了支持发展氢能源和燃料电池汽车的产业政策。

地方政府燃料电池汽车发展政策（来源：ITDP）

此外，正在积极推进氢能产业项目的山东聊城、四川成都、河南郑州、浙江台州等，也被业内认为是未来有望出台支持政策的城市。

燃料电池汽车在国内的实际应用

2016年8月31日，全球环境基金（GEF）、联合国开发计划署（UNDP）支持，科技部、财政部联合北京市、上海市、河南省、广东省和江苏省政府开始共同实施“促进中国燃料电池汽车商业化发展”项目，项目总预算6173万美元。

计划通过在北京、上海、郑州、佛山、盐城等城市开展百辆级燃料电池客车、轿车、物流车、邮政车等商业化示范运行，提高燃料电池和燃料电池汽车生产和应用、降低加氢站成本，促进燃料电池汽车在中国的商业化发展。

基于此项目，2016年首批28辆氢能源车投放到佛山、云浮两地公交线路上示范运营。车辆采用的是本地厂家生产的飞驰牌氢燃料电池客车，全长11米，载客80人，续航里程大于300Km，百公里氢气消耗小于6.5Kg，采购费用600多万元一台，一公里的运行成本是9元。采用无人售票，票价跟普通的公交车收费一样。

佛山燃料电池大巴（数据来源网络）

根据《佛山云浮氢能源产业“1135”战略部署方案》，2018底将有800辆氢能公交车投入运营，佛山五区将建成至少10座加氢站，每个区至少建成2座，实现各区覆盖。到2019年底，将有约2000辆氢能公交车在路面运行。按照长远规划，佛山到2030年将建成57个加氢站。

为此佛山南海区编制了《佛山市南海区促进加氢站建设运营及氢能源车辆运行扶持办法》，对加氢站的建设、运营和氢燃料电池汽车运营的补贴都有明确的规定。例如固定式加氢站（350公斤至500公斤、500公斤以上）和撬装式加氢站350公斤及以上其建成年限在2018年底前建成、2019年内建成、2020~2022年内建成等依梯度分别给予150~800万元补贴。其中，日加氢能力500公斤以上，2018年12月31日前建成的新建固定式加氢站的按800万元/个的标准进行补贴。

燃料电池汽车发展面临的主要问题

尽管国内的氢燃料电池汽车开始进入了快速发展的黄金时期，但是其目前仍面临以下3个主要问题：

整车成本比纯电动高：由于产量低和相关技术仍然需要进口，导致目前国内燃料电池汽车价格居高不下，12米燃料电池客车目前大概在300万元左右，而12米纯电动客车大概在120万元。

用车成本高于纯电动汽车：氢燃料电池汽车的用车成本略低于燃油汽车，但远高于纯电池汽车。以家用轿车为例，如果是采用纯电动汽车，每百公里用电耗电15-20千瓦时，需要花费20元左右；如果是氢燃料电池汽车，采用以水电解的方式制造的氢，百公里花费大概在44.8元；如果是燃油车，百公里大概需要48元。

不同类型车辆百公里运行成本

加氢站少，加氢站投资巨大：目前我国正在运营的加氢站有10多座，分别位于北京、上海、广东、郑州等地。截止今年年3月，全球约有318座加氢站，其中亚洲大约129座；欧洲大约126座；北美地区大约有63座加氢站。日本是全球第一个加氢站达到100座以上的国家，跟国外相比，我国的加氢站数量偏少。

国内加氢站，建设单站投资往往高达到数千万人民币。以新青年集团在西安市长安区西南部投产的日1000公斤级（两个500公斤级）加氢站为例，不含土地成本，造价高达2000万元，扣除政府补贴的400万元，建设一个成规模的加氢站的投资额度对企业来说压力依然不小。

西安新青年加氢站（来源：http://www.xqnqc.cn/）

不过目前国内加氢站建设进入快速发展时期，仅广东省佛山市和云浮市两地，预计到今年底将建成22座加氢站。神华（国家能源集团）、中国石化、中石化等能源巨头也开始布局加氢站。

总体而言，氢燃料电池将是一种非常有前景的新能源，将是新能源汽车一个非常有效的补充。从全球范围来看，世界主要发达国家从资源、环保等角度出发，也都十分看重氢能的发展。尽管燃料电池汽车在应用中还存在一些困难，但没有严重的技术障碍，随着技术的发展、资本的介入和产量的增加，其车辆成本也必然会越来越低。燃料电池汽车在未来的新能源汽车领域中，有可能占有一席之地，或将成为新能源汽车领域的又一片蓝海。

References：
http://www.mth2.com
https://zhidao.baidu.com/question/269256412181429005.html
http://auto.sina.com.cn/j_kandian.d.html?docid=fynsait7605543&subch=iauto
https://36kr.com/p/5143367.html
http://www.sinohytec.com/