为什么要开发氢燃料电池汽车，而不直接研究氢能源发电？
阻碍储能电池能量密度提升天花板最核心本质的天花板在于电池将氧化剂和还原剂全都带在了身上，因此他最高也高不过TNT和黑索金，但是汽油内燃机和氢气燃料电池的氧化剂是空气中的氧气，来自于大气。这就是为什么，储能电池将永远是一种“低密度”的能量存储方式。汽油即便考虑发动机效率，能量密度依然是电池的近60倍，而氢燃料电池基于电化学反应的效率理论可以做的更高，超过电池能量密度的100倍。而目前的三元锂电池的理论能量密度都翻不了翻，固态锂电都没有办法。 2. 从补能效果来说，如果能够解决氢气成本和氢燃料电池自身的问题，直接灌注高压氢气比去实现高压高电流充电容易多了。而且，电池实现快冲，同样无法摆脱化学储能电池的基本化学特性以及电气安全的基本局限性。这就好比说，你可以不断的把人类的肌肉极限推上新的高度，但是肌肉就是肌肉，骨骼就是骨骼，被机枪打中了就是会断裂。这就是物理的极限。 3. 接下来谈为什么氢气不能直接发电。其实回答这个问题本身并不需要和其他的回答一样去解读燃料电池的原理，而是只要回答一个最简单的问题：氢气从何而来。 在很多很多年之前，行业对于氢燃料电池车的氢气的主要来源是石化工业的过程中制成氢气，这种氢气的成本最低。当然相对与其他燃料依然是高了不少。在很早之前，氢燃料电池中需要大量的铂，电堆的成本极高。然而即便是如此，在我18年前读大学的时候，我的一个课程导师就是从美国西北大学做燃料电池模拟的博导然后到西安交通大学来做燃料电池数值模型研究，在那个时候在潜艇、军事站点就已经广泛在采用燃料电池了。 我在17年前亲身乘坐了通用汽车公司的H1（氢1）概念车，回想起来这个车和现在的A级电动车很相似，很简洁的内饰，加速的时候有丝丝的电机声，我们开玩笑说这就是未来的声音。 那时候我和来访的通用工程师询问，这个车大概花了多少钱，他思考了一下，说这辆样车的成本大概是2300万美元。 GM曾经一度远期规划在2015年实现氢燃料电池汽车销量超过30万辆，但是最后这个计划还是放弃了。 其实最根本的问题还是商业化成本的问题，相比于化学储能型的电池，仅仅是具备充气效率极快的燃料电池汽车的优势不明显，劣势倒是一大把，关键是贵。从氢气到电堆一大片的贵，商业化就搁置了。 尽管近些年来，以丰田Mirai为代表的新一代燃料电池车再次冲击商业化，在电堆成本方面有了长足的优化和进步，然而在商业化运行方面其实还是丰田公司大量的补贴才支撑下来的。事实上Mirai丰田公司最多造5000辆，因为造多了赔不起。。。。。。 但是与燃料电池汽车商业化雷声大雨点小相反的，从政府、学界到产业界对于汽车行业燃料电池尽快实现商业化倒是抱有强烈的期待，纯电动汽车的补贴可以说是一退再退，但是燃料电池的补贴 一直没动。只要你敢造，我就敢补，为啥呢？ 众所周知，在目前碳达峰和碳中和的压力下，一次能源发电的脱碳是所有工作的重中之重，而可再生电力的主力：风电和光伏最大的问题就是波动性。采用蓄能电站的办法可以改进，但是依然会产生大量的弃风弃光。如果有一种能源可以充分的利用这些弃风弃光，那么就可以实现可再生电力的充分应用。而这个事情，就盯上了电解水制绿氢。 事实上，早在2018年，国家就多次发文对汽车行业的很多主机厂技术中心进行调研，询问燃料电池车辆商用化的进展，同时确认水解氢作为高纯度氢气的来源（采用化工方法制备的氢气往往含有其他气体的杂质气，可能会对电堆带来毒害作用）对于燃料电池汽车的电堆的价值。按照2017年的调查结果，国内煤制氢成本约在0.6-1.2元/m3，中小型天然气裂解制氢成本约2/m3，甲醇制氢成本也仅在1.8-2.5/m3，而如果用工业用电电解水制氢，成本则高达4-5元/m3。但是工业电解水制氢的成本一方面随着高效制氢技术的发展减少了对贵金属的需求，另一方面成本最大的来源是电力价格，而据我所知，风电站给出的最低电解水的电价低至0.2-0.3元/kwh。这就令电解制氢的成本下降到了可接受的范围。 所以，真正回答你的这个问题的根本来自于，国家推动开发氢燃料电池的根本目的才不是想要去消耗那些常规途径的氢（灰氢），而是希望未来使用以可再生电力为核心的更加丰富的交通运输系统。如果驱动技术过于单一（仅仅是纯电），那么整个交通系统依附主干电网是极其危险的。而且氢燃料电池技术早在上个世纪就已经被认为将会是交通系统一切的最终归宿：高能、清洁、电化学的高效。我作为一个内燃机专业毕业的时候我就清楚的反复念叨，我们的工作是为了氢能时代的到来打好基础。 最后，反过来再多说几句氢能源发电，其实氢能源发电有再研究啊。日本在多个城市的试点，就包含社区分布式的氢燃料电池站，给公寓提供电力。有很多实践的案例，氢燃料电池社区型小电站已经被证明环境最友好的分布式电能解决方案。在应对战争、自然灾害等其他原因导致的主干电网短缺的时候，可以作为分布式能源提供居民的电力解决方案。 当然，目前还都是试点，问题是一样的：贵。这个方面，日本已经以国家为先导，联合十几所大学、研究所和汽车主机厂开展了十几年的研究，后续我可以做一期专栏，谈谈日本的国家牵头的氢能研究体系和实践成果。