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作者：记者 唐琳综合报道 来源： 发布时间：2018-3-8 14:0:17
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伴随着精彩绝伦的“北京8分钟”的上演，2018年平昌冬奥会落下了帷幕。
现代体育赛事的举行，离不开科技的支撑。在本届冬奥会上，为了方便观众出行，主办方专门投放了6辆无公害的氢燃料电池公交车：亮白的主色、蓝色的线条、绿色的内饰以及真正“零排放”的实现，无一不向人们传达着可持续发展的环保理念。
而在人们最为关注的续航方面，它的表现同样令人惊喜：在8个氢气罐全部充满、载满乘客的情况下，续航里程可达到420公里；而与其相对的，注满氢气却只需要10~15分钟。
充电快、跑得久、零污染，氢燃料电池车凭借着得天独厚的优势，让人们无法对它说“不”。
真正“零排放”
很多人都将燃料电池视为一个新鲜事物，殊不知它已经有着180岁的高龄了。
1838年，一位德国化学家最早提出了燃料电池的原理。几年之后，有着“燃料电池之父”之称的Willian Robert Grove发表了一个原理图，同时提出了“气体电池”的原始模型。而他使用的实验装置也被认为是燃料电池的第一个装置。
实际上，在20世纪50年代以前，燃料电池一直处于理论与应用的基础研究阶段，直到20世纪60年代，伴随着载人航天对于大功率、高比功率与高比能量电池需求的急剧增长，燃料电池才慢慢引起军工部门的高度重视。
在众多燃料电池中，氢燃料电池受到的关注最多。其实，氢燃料电池发电的基本原理就是电解水的逆反应。
在催化剂作用下，电池阳极上的氢分解为质子和电子，带阳电荷的质子穿过隔膜到达阴极，而带阴电荷的电子则在外部电路运行，从而产生电能；在阴极上的氧离子在催化剂作用下和电子、质子发生化合反应，进而生成了水。电池组通过像这样大量串联的燃料电池，就可以产生足够的电能来驱动汽车。
就发电过程而言，氢燃料电池与普通电池有很大的区别：普通电池属于一种储能装置，它们把电能贮存起来，在需要时予以释放；而氢燃料电池则更像是一种发电装置，即把化学能直接转化为电能。
在氢燃料电池工作过程中，除了消耗氧气和氢气之外，没有其他的能源消耗，而电和水则是最终产物。正因如此，氢燃料电池车被认为是真正实现了“零排放”的环保交通工具。
蓬勃发展
20 世纪90 年代以来，作为解决环境污染和能源供需问题的重要渠道之一，燃料电池车受到了空前重视，各国不约而同投入大量的人力物力，研发燃料电池车。
目前，美国依然是燃料电池车最大和增长最快的市场之一。而这一成绩的取得，离不开美国能源部不遗余力地推动。
2010年，美国能源部制定《氢能源计划》，推动氢与电一起成为主要能源载体；2015年，美国国会为美国能源部氢和燃料电池项目拨款约1.17亿美元，另外还有3000万美元用于固体氧化物燃料电池的相关研发活动。
在美国能源部的大力支持下，多个美国国家实验室和企业在燃料电池及氢技术研发领域取得重大进展，在极大地降低硬件成本的同时提高了产品性能，使得美国在燃料电池和氢技术市场继续保持强劲增长，在清洁能源创新方面继续保持领先优势。
得益于硬件成本的下降，在美国，数家汽车制造商纷纷加入生产和销售氢燃料电池车的队伍中来。其中，丰田汽车公司的氢燃料电池动力车——Mirai，产量已从2015年的700辆激增为2016年的2000辆。
亚洲方面，日本是申请氢燃料电池车专利最多的国家。数据显示，日本全国目前已经有90个加氢站；到2022年，丰田、本田、日产等汽车公司还计划推出更多车型和建设更多加氢站。
在韩国，在本届冬奥会上亮相的除了上述的氢燃料电池公交车外，一款来自韩国现代的氢燃料电池车NEXO，同样让人眼前一亮。
这款银色汽车的后座下方配有氢燃料储存系统，可以储存约6公斤的高压氢燃料，续航里程高达609公里。更为吸引人的是，这款氢燃料电池车还同时支持自动驾驶，只要输入目的地，汽车就会自行判断到达目的地的道路状况。
早在“十五”期间，我国就设立了863电动汽车重大专项，将自主研发燃料电池汽车作为重点跨越领域。
而2016年发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》更是对燃料电池车的发展寄予厚望：我国将系统推进燃料电池汽车研发与产业化，计划到2020年，实现燃料电池汽车的批量生产与规模化示范应用。
仍需“突围”
现在，人们只要一提到氢燃料电池车，另一个名字总会如影随形——电动汽车。两者就像一对“相爱相杀”的兄弟，在联手带动新能源汽车发展的同时，也暗暗较着劲。
氢作为宇宙中分布最广泛的物质，被人类赋予了“终极能源”的美誉。除了储量大，其燃烧效率也非常高，只要在汽油中加入4%的氢气，就可使内燃机节油40%。而与之相比，电动汽车却始终面临着可能造成废弃动力电池垃圾的诟病。
而在充电时间与续航能力上，氢燃料电池车似乎也更胜一筹：一方面，充满一个氢燃料罐只需要几分钟，而为一辆电动汽车充满电却要花费几个小时；另一方面，当前新研发出的氢燃料电池车的续航里程已经接近1000公里，而即便是表现较好的电动汽车，其续航里程也要在这个数字上减半。
但是，在如今的新能源汽车市场上，一路领跑的却恰恰是电动汽车，而非优点多多的氢燃料电池车。这一尴尬状况也凸显出了氢燃料电池车自身无法忽视的短板。
自2008年以来，美国民众累计购买了超过50万辆插电式混合动力电动汽车，然而却只购买了不到500辆燃料电池车。究其原因，研究者与分析家们认为，基础设施仍是一个薄弱环节。
这里指的基础设施正是加氢站。建设这些为氢燃料电池车补充氢气的设施是非常“烧钱”的，而鉴于现在氢燃料电池车数量实在太少，根本很难收回成本；同时，加氢站需要大型的高压储存罐来储存氢气，而很多硬件设施都需要重新开发，这就进一步提升了价格。
相反，电动汽车则可以通过墙壁插座来充电，尽管充电速度并不快。但两者在基础设施之间的鸿沟意味着在相当一段时间内，都很难说服人们去购买氢燃料电池车。
另外，氢是燃料电池的唯一燃料，而氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整都比较复杂，对安全性要求也高，这些都导致氢燃料电池的制造成本过高，电池价格昂贵。
尽管目前发展氢能源的成本很高，但看到了氢燃料电池车无限潜力的人们仍选择继续前行。
眼下，为了推动氢燃料电池车的基础设施建设，汽车制造商们正在同大型能源公司、初创企业等合作伙伴在氢燃料供给方面展开合作。例如，在德国，戴姆勒集团与法国液化空气集团、荷兰皇家壳牌集团、法国道达尔集团、德国林德集团等企业合作，计划到2023年使德国的加氢站达到400座。
“这不再只是一个实验室的好奇心，我们必须保持这样的势头。”美国能源部氢燃料电池项目与技术办公室主任Sunita Satyapal表示。■
《科学新闻》 (科学新闻2018年2月刊 交通)
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