氢燃料电池的历史非常早,公元1845年,英国科学家威廉·格罗夫(William Grove)制造出了第一个氢燃料电池,证实了在一定的条件下,氢气和氧气的结合除了产生水,还会产生电流。

氢燃料电池原理:

通过给燃料电池的正极提供氢气,负极提供氧气,在正负极之间加一层隔膜。在催化剂的作用下,氢原子外层的电子会游离出来,变成电子和氢离子。因为只有氢离子才能通过那层膜,电子就被挡在膜外,在不断的反应下,电子不断集聚,此时通过接上一根导线通到正极,电子在电压的驱使下跑到正极,即输出了电流。

由于氢离子实际上是质子,所以那层膜也叫“质子交换膜”。由于一层膜左右两侧的压差比较小,通常只有0.5V-1.0V,所以需要在正负极之间加上几百层膜结构,由此来得到高电压。为了保证催化剂的活性,在电动汽车使用的燃料电池中,电池的工作温度一般在90摄氏度左右。这个电化学反应过程中,化学能转化为电能的效率最高可以到80%,远比内燃机的40%高得多。

其中,催化剂使用的是金属铂,且对氢气纯度(99.99%)要求极高,否则就会大大降低反映效率。而作为贵金属,价格却居高不下,导致氢燃料电池成本过高。

丰田Mirai氢燃料电池汽车为例,主要结构上由燃料电池、储氢罐、驱动电机、储能电池等组成,通过加氢、电化学反应、产生电流、输入电池、驱动汽车,本质也是属于电动汽车。但结构上比纯电动汽车更复杂,整车制造成本也更高。

氢燃料电池车就是一场骗局?

氢燃料电池车的使用过程中是绝对环保的,电化学反应除了产生电流、就是水。但氢气是二次能源,自然界并不存在可以直接使用的氢气,制氢的过程中也存在不环保的问题。目前,中国氢气制取还是以“灰氢”为主,“蓝氢”为辅。煤炭制氢、天然气制氢、工业副产制氢分别占比达62%、19%、18%。

“灰氢”指的是传统利用化石燃料石油、天然气和煤制取氢气的方式,这种路线是目前成本最低、效率最高的制氢方式,但无法达到减碳的作用;

“蓝氢”则是在“灰氢”基础上,加配碳捕捉和碳封存技术(CCS 技术),借此来降低碳排放强度,但由于加配了设备,让成本有所增加;

“绿氢”主要是利用电解水制氢,这种方式需要大量的电能,制氢过程完全没有碳排放,但成本较高。

根据2021年的数据,中国火力发电占比高达70%,虽然占比逐年下降,但绿电的占比还不够大,并不具有经济效益和环保效益。既然没有绿电,就没有真正的“绿氢”了,这跟大家很多人吐槽纯电动车用电不环保是同个逻辑的。消耗电能来制备氢气,氢气再通过电化学反应产生电能,驱动车辆,这让很多人觉得就是多此一举。按照国家的规划,纯电动、氢能源都是鼓励发展的,但不是乘用车领域,而是应用在中重型车辆、大巴、卡车等新能源客货车辆,以及船舶、航空器等领域。