新能源汽車，最近我想大家並不陌生。這個稱呼無論是在汽車領域還是股市都是熱門話題，受很多廠家和投資者追捧。
新能源汽車
說得直白一些就是不是採用常規燃料（汽油和柴油）作為動力來源的汽車，一般可以分為四大類：
混合動力汽車（HEV）、純電動汽車（BEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）和其它新能源汽車
。
在這四大類新能源汽車裡面，近幾年比較流行的就是混合動力汽車和純電動汽車，這些家用車都已經在路面上隨處可見了。但是燃料電池汽車目前國內並沒有量產的家用車，只是一些商用車在使用，而我們口中的燃料電池汽車也就是常說的氫能源汽車。
今天的這篇文章我們就來講講燃料電池和氫能源汽車，為何這種新能源汽車現實中還沒有普及。
一、什麼是燃料電池
燃料電池就是透過化學反應，將燃料或氧化劑中的化學能轉化為電能的裝置。我們所說的燃料電池一般就是指氫燃料電池。
氫氣作為燃料電池其實歷史已經很久了，在200年前，其實就有了，但是因為安全性和能量密度較低，氫氣作為內燃機燃料並沒有表現出優越性。
但是，在如今的燃料電池技術中，氫氣並不直接燃燒，而是和氧氣反應轉化為電能。
燃料電池主要由三部分組成：電極、電解液和外部電路。
氫氣首先進入燃料電池的正極，然後氫氣與覆蓋在正極上面的催化劑反應，釋放電子形成帶正電荷的氫離子，氫離子穿過電解液到達負極。然而，電子不能透過電解液，電子只能流入電路，形成電流，產生電能。在負極催化劑使氫離子與空氣中的氧結合成水，水是燃料電池中唯一產生的副產品
，這就是所謂的清潔能源。
燃料電池根據電解液的不同可以分為以下
五種型別
：
這五種型別裡，汽車領域應用較多的就是
質子交換膜燃料電池
，
它的電解液是質子交換膜，執行溫度是50-100攝氏度，電極採用的催化劑是鉑金
。
瞭解了燃料電池以及它的工作原理以後，我們還需要搞清楚這個氫氣究竟是如何產生的，制氫的方法有哪些？
二、常見的氫氣製造方法
今天，氫可以透過多種能源和技術來生產。如今，
全球每年的純氫產量約7000萬噸，其中僅有少於1萬噸的氫氣用於燃料電池汽車
，可想而知，這部分未來有很大的發展空間巨大。
從上表中我們可以看到，
當今全球氫生產原料以化石燃料為主，佔全球氫產量的96%。48%的氫產自天然氣，30%的氫產自烴類/原油產品，18%的氫產自煤炭，僅有4%的氫產自電解水
。
中國是世界上最大的制氫國，2017年的制氫量有1900萬噸，62%左右的制氫主要來自煤炭和焦爐生產，因為中國傳統上非常依賴煤炭生產能源。然而，隨著中國在全國範圍內全面轉向綠色、可再生能源，這種情況正在改變。在中長期規劃中，可再生資源作為氫氣製取的來源將發揮越來越重要的作用。根據中國氫聯盟的資料，到2050年，大約70%的氫將由可再生能源生產。
1、煤炭生產氫氣
煤炭產生氫氣的方法在國內比較常用，它是透過“煤氣化”的方式，由煤與高溫蒸汽和氧氣在加壓的氣化爐中反應生成合成氣，並轉化為氣體成分。
這種氫氣的製造方式操作成本低，原材料比較便宜。缺點就是在產生的過程中會伴有二氧化碳的產生，富含雜質，需要淨化。
2、天然氣生產氫氣
天然氣產生氫氣的方法是目前最成熟、最普遍的方式，美國95%的氫氣都是透過天然氣進行生產的。
這種方法叫做天然氣蒸汽重整，透過天然氣與高溫蒸汽反應生成合成氣，即氫氣和一氧化碳的混合物。一氧化碳與水發生反應產生更多的氫。
這種氫氣的製造方式操作成本低，原材料比較便宜。缺點就是在產生的過程中會伴有二氧化碳和一氧化碳的產生。
3、電解水產生氫氣
我們初中化學的時候都學過電解水可以產生氫氣和氧氣，但這個執行的前提就是要有足夠的電，這個電究竟從哪裡來？
這個電可以利用電網內的電力、風能/太陽能發電、光解和生物電解，其中風能和太陽能發電是未來將廣泛採用的制氫方式。
根據生產方式和排放物的不同，產生的氫氣命名也不同，我們一起來看看：
天然氣、煤炭和新能源這是最常見的三種制氫方法，
天然氣制氫產生的氫氣叫灰氫和藍氫，煤炭制氫產生的氫氣叫棕氫和藍氫。由於天然氣和煤炭在制氫的過程中會產生二氧化碳，二氧化碳被捕捉掉的氫氣稱之為藍氫。新能源透過電解水的方式產生的氫氣，這裡的排放物僅有水，這種氫氣是最乾淨、最環保的，被稱之為綠氫。
透過氫氣的四種稱呼和制氫方法，未來的制氫手段多會應用於電解水來獲取。
三、氫氣的運輸和儲存
燃料電池汽車目前還未普及很大一個難題就是氫氣的運輸和儲存問題。燃料電池內的氫氣是透過加氫站進行加註的，而加氫站的氫氣是需要從制氫地運輸到加氫站。
氫氣運輸的方式和成本與氫氣的生產地點密切相關，可分為
集中式式生產、半集中式生產和分散式生產
。
集中式生產是指在大型的中央氫氣生產廠生產，然後運輸到最終加氫站，而分散式生產是指在加氫設施附近進行生產。半集中式生產是指在距離使用點很近（40-161公里）的中型制氫裝置（5，000-50，000公斤/天）進行生產。這些設施不僅可以提供一定程度的規模經濟，而且可以最大限度地降低氫運輸成本和基礎設施。
由於氫氣在中國仍屬於危險化學品類別，目前中國還沒有分散式制氫。
氫氣的運輸可以以氫氣的物理狀態來決定，氣態氫、液態氫和固態氫三種，不同的國家採用不同狀態的氫進行運輸。
1、壓縮的氣態氫一般是透過卡車或長管拖車或者管道輸送
2、液態氫通常由卡車或其他運輸方式運輸，如鐵路或駁船。液體氫在長途運輸中經常使用，因為它比氣態氫運輸方式更具經濟性
3、固態氫主要是在特定的容器中輸送，但目前各地區仍處於不同的發展階段，需要更多的技術改進才能形成大規模採用。
目前，透過長管拖車運輸液態或氣態氫和透過管道運輸氣態氫是三種主要的運輸氫氣的方法。在美國和日本氫氣一般是以液態的方式運輸，在中國氫氣一般是以氣態的方式運輸。
四、燃料電池汽車
我們先來看看燃料電池汽車和其它汽車的主要區別，其實主要在於動力系統。其它的零件基本都比較相似，沒有什麼不同的。
燃料電動車和純電動車都是由電動機來進行驅動，傳統汽車是由內燃機來進行驅動。燃料電池車和純電動汽車的主要區別在於電的來源。與燃料電池車不同的是純電動汽車的全部能量來自其電池組，電池組在充電站進行外部充電。
燃料電池車由四大基本模組組成：動力系統、底盤、汽車電子和車身
。動力系統是透過燃料電池系統和電動機為汽車提供動力。這種能量來源於氫氣，氫氣被儲存在氫氣罐中。燃料電池堆將這些能量轉化成電能，並由電池作為輔助一同驅動電動機。
上圖就是燃料電池車的執行原理。
在國內燃料電池車主要是商用車和卡車，乘用車基本還未上市。國內的燃料電池車製造廠商主要有福田歐輝客車、宇通客車、青年汽車、中通客車、上汽大通、飛馳客車、東風客車、中國重汽等。
上面講解的都是氫燃料電池車的理論部分，接下來我們來看看實際的燃料電池車跟傳統的車輛有何不同？
我們先來看看廣汽氫燃料電池汽車動力系統平臺，在上圖上我們可以看到車輛的前部（傳統車輛發動機和變速箱的位置）佈置有驅動電機和燃料電池系統，驅動電機主要是用來驅動車輛行駛，燃料電池系統是將氫氣轉化為電能的裝置。在車輛的中部佈置這動力電池系統，這塊動力電池可不小，甚至可以趕上純電動汽車的動力電池大小，它可以直接驅動電機或者和動力電池堆一起驅動電機。車輛的後部佈置了兩個儲氫罐，用來儲存氫氣的。
透過這種佈局，你可以看到車輛的後部空間基本被儲氫罐所佔據，後備箱的空間會非常有限，這個有點像跑氣的計程車，它把加氣罐放在後備箱內部。
這個系統動力圖可能會更形象一些，儲氫系統會給燃料電池堆提供氫氣，燃料電池堆產生電能，電能透過升壓系統為動力電池進行充電，最後由動力電池驅動電機讓車輛行駛。氫燃料電池車最終的排放物僅有水，這是典型的清潔能源。
這就是廣汽氫能源汽車的前部，下部是驅動電機，驅動電機的上部是燃料電池堆，外部還有一些附件，比如空氣濾清器、去離子罐、高壓水泵、節溫器、空壓機、水分分離器、供氫系統等。
驅動電機和燃料電池堆採用上下佈局，前部這套裝置的高度可不低，這要比傳統發動機的高度高一些，未來氫能源汽車會不會比普通的汽車的底盤都要高一些呢？這套系統似乎更適合SUV車輛。
中部和後部我們一起來看看，中部就跟純電動車佈置的動力電池位置一致，後部可以看到有兩個黑色的儲氫罐，兩個儲氫罐的佈置採用一高一低的佈置，低的儲氫罐是因為靠近後排座椅位置，高的儲氫罐是在後部底盤懸架和支架的上面，高出的一部分必然會導致後備箱的空間變小。
我們接下來再來看看上汽的氫能源汽車：
上汽的氫能源佈局跟廣汽的完全不同，上汽的氫能源汽車前部是燃料電池系統，系統額定功率83。5KW，電堆峰值功率130KW。中部是儲氫系統，有三個儲氫罐，儲氫量可達6。4KG。後部是三合一電驅系統，峰值功率150KW。
上汽的氫能源汽車佈局跟廣汽有很大的區別，它採用燃料電池和驅動電機分開佈置，這樣可以更好地給後部提供儲存空間，中部的氫氣罐佈置是必會比動力電池的高度要高很多，車內的乘坐空間是否會受到影響，這一點要看它是把整個底盤高度提升還是犧牲室內空間，實車出來我們便會知道。從上圖中你可以看到，它的動力電池沒有佈置在中間位置，可能跟燃料電池佈置在頭部，但尺寸肯定不如廣汽的動力電池，兩家的設計側重性並不相同。
這是上汽氫能源汽車的前部電池的位置，它的固定是採用前後固定的方式，它的前部是一個大塊的面板，如果前部一旦發生碰撞，那前部損傷的的機率會非常嚴重，這要看它前部如何進行加固，或者整體位置是否靠後一些，預留出一定的變形空間。
中部三個儲氫罐非常顯眼，高度問題還是非常值得關注，會不會導致室內空間變小的問題。
我想看完今天的文章，你應該對氫能能源汽車有了一定的瞭解，目前國內的氫能源家用車有成品，但均未量產。配套的設施也都還未齊全，國內目前的加氫站並不多，在你的城市可否配有加氫站，想要氫能源汽車量產化，那必然要解決氫氣的運輸/儲存和加氫的問題。