燃料電池技術 - 新能源汽車的黑馬？

更新時間：2022-11-12

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隨著汽車世界加速向下一代排放法規和燃料經濟性目標的發展，正在被淘汰的內燃機（ICE）相關的傳統動力技術。

雖然仍存在著巨大的挑戰，但燃料電池汽車已準備好在替代推進市場中占據更大的份額。

隨著電動汽車（EV），混合動力電動汽車（HEV）和插電式混合動力電動汽車（PHEV）的替代燃料汽車技術獲得動力，傳統的汽車行業正在改變。

雖然，新能源技術的普及和推廣取得了快速的增長和巨大的進步，相對于ICE的性能也在不斷提高，但是一匹黑馬 - 燃料電池汽車 - 悄然從眾多新型汽車技術中脫穎而出。燃料電池電動汽車（FCEV）已經經歷了幾個階段，證明了它們的效率，安全性和可靠性，但由于其他電動技術，特別是電池電動汽車（BEV）繼續壟斷市場，因此在很大程度上燃料電池被人們忽視了。

相比之下，燃料電池技術因商業化之前面臨的挑戰而受到廣泛批評。這些包括奇缺的氫燃料基礎設施，設計的復雜性，高制造和維護成本，以及性價比很難與EV媲美。在實踐中，燃料電池堆連接到電動機，電動機連接到車輪。燃料電池堆給電池充電，直接向電動機提供電力，然后電動機驅動車輛。燃料電池產生的多余電量可以給電池充電，在上坡或硬加速期間電池可以配合燃料電池，提供需要的多余電力。

雖然FCEV技術已經相當成熟，但業界是否已準備好了大批量生產和銷售？答案是響亮和肯定的“是”，因為汽車市場已做好準備并準備在其投資組合中采用新的能源汽車細分市場; 然而，期待一個緩慢而穩定的開始。

日本為新時代技術鋪平了道路
日本一直處于采用替代燃料技術的前沿，并且確實是個采用HEV技術的汽車市場。日本政府和當地的原始設備制造商已經推動標準化電動動力系統的使用，不僅在日本，而且在范圍內。與此同時，日本政府鼓勵將氫燃料技術用于大規模部署和運輸應用。支持這樣的意圖，它已投資3.78億美元用于開發基礎設施并提供購買激勵措施。每個加氫站將花費大約100萬美元，日本政府的補貼將提供到2020年。

根據近Frost＆Sullivan FCEV的研究，日本將利用的原始設備制造商本田和豐田以及韓國現代的專業知識來推動其在燃料電池系統市場的。對氫燃料加油站的更高投資和資金將導致日本和美國 - 特別是加利福尼亞州 - 成為燃料電池汽車的主要推廣地區。因為只有這些地方才有加氫站。

到2030年，FCEV的市場估計將達到約583,360輛，日本和韓國等亞太（APAC）國家占據主導地位，分別為218,651和80,440輛。預計到2030年，歐洲和北美的FCEV市場將分別達到117,000輛和118,847輛。

按地區劃分的燃料電池汽車市場規模
FCEV在新興市場的采用將受到強有力的激勵和政府政策的推動，這些政策不僅會提高消費者的接受度，還會推動那些尋求建立加氫站網絡的公司的私人投資。為了與這一趨勢保持一致，預計未來五年市場將由的原始設備制造商推出大約20款燃料電池汽車。預計具有先發優勢的亞洲原始設備制造商將主導市場。例如，到2030年，豐田FCEV的車輛銷量預計為165,000輛，而現代FCEV則為148,000輛。

關于原始設備制造商推出FCEV型號的時間
本田和豐田在燃料電池技術開發方面處于行業地位。豐田已經實現了高的功率輸出，同時大大降低了系統的價格和尺寸，相對于以前的FCEV產品，而本田開創了強大而緊湊的系統，使用電動“渦輪”空氣壓縮機生產增強的氫氣混合物，產生所需的電力用于推進。

Frost＆Sullivan認為，對于FCEV的推動可能會在2020年后開始，屆時BEV的補貼將逐步取消。隨著基本成本的降低和基礎設施的到位，預計2025年后的增長將呈指數增長。預計現代起亞和本田集團將擁有的燃料電池汽車，因為它們在加利福尼亞州作為租賃選擇提供。如上所述，原始設備制造商正在準備在推出多款燃料電池汽車，正在進行大量投資以使汽車上的燃料電池堆商業化。在政府的激勵下，美國能源部計劃到2030年在路上擁有約50萬輛燃料電池汽車。

東京奧運會，日本政府正在努力推動FCEV及相關基礎設施的發展，到2020年將訂購6000輛燃料電池汽車(FCEV)和160個加氫站。

氫能基礎設施和積極的政府政策無疑為原始設備制造商推出FCEV模型鋪平了道路。

系統中是否存在扭結？

在汽車大眾市場以與電動汽車相同的速度采用燃料電池汽車之前，原始設備制造商需要克服某些重大挑戰。這些包括基礎設施的發展，*氫燃料的生產和燃料電池電堆的成本。

據Frost＆Sullivan稱，加州能源委員會和歐洲燃料開發計劃（HyFIVE）已承諾為H2網絡提供資金;上述餅圖顯示，燃料電池技術資金雄厚 - 美國投資2100萬美元，歐盟投資1700萬美元 - 私營公司與OEM公司在投資方面也有大量合作。

實施可變氫壓噴嘴燃料站的成本約為75萬美元至100萬美元，這是氫基礎設施擴建的主要問題和致命點。模塊化方法的創建將成為美國氫燃料站的關鍵技術趨勢，因為這將使它們能夠滿足350-700巴的可變壓力的商用和乘用車的需求。

殼牌，里卡多，燃料電池和氫能協會，Seven-Eleven日本有限公司，HyFIVE，林德，加利福尼亞燃料電池合作伙伴，巴拉德和英國H2 Mobility等公司和其他行業實體和網絡已與OEM合作分享他們在制氫，燃料站網絡部署和投資方面的專業知識。燃料電池堆的共同開發和燃料電池系統的優化對商業化至關重要。

目前，功率密度和價格是汽車制造商競標燃料電池乘用車市場現實的重點領域。 FCEV在不同速度下具有約3,500小時的耐久性，而公共汽車已超過2016年18,000小時的目標，達到約23,000小時的耐久性。

美國能源部的目標是將80千瓦的燃料電池堆系統的每千瓦價格降至30美元至40美元之間。隨著燃料電池堆價格的降低，使用質子交換膜（PEM）電解方法也在努力將氫生產成本降低至低于2美元/ kg。現代和豐田采用PEM堆疊電池技術，降低了單位間接成本，據報道，2015年成本約為50,000美元。隨著產量的增加，成本將隨技術進步和制造過程而下降。

即將到來的投資 - 抓住影響力

未來十年，將投資約100億美元，由一群私人投資公司與寶馬，戴姆勒和豐田共同開發氫技術和基礎設施。

加州政府已批準每年在氫氣站部署方面的支出2000萬美元，因為私營公司到2017年底的投資額接近2160萬美元。通用汽車和本田等原始設備制造商正在通過合作共同開發加速推進燃料電池技術和在美國密歇根州建立制造工廠。這兩家公司正在合資企業進行總額為8500萬美元的50/50投資，并計劃在2020年開始大規模生產，利用其集成開發團隊和共享氫燃料電池知識產權，為燃料電池和氫存儲系統創造更實惠的商業解決方案。

這種合作伙伴關系和投資為FCEV通過現代和本田提供的租賃選擇以及通過豐田直接銷售和支持進入市場創造了一個新平臺3

燃料電池與電池電動
無可否認，目前，BEV在新能源領域的競爭發展中于FCEV。在某種程度上，這是因為，由于市場上只有三種FCEV型號，消費者對燃料電池技術優勢的認識有限。開發人員正在試圖通過證明燃料電池的超長續航里程，足夠短的加注燃料時間，的性能和安全保障解決消費者的擔憂。

預計到2030年，將有大約200萬輛燃料電池汽車上路。日本和韓國將在推動燃料電池汽車技術發展方面發揮關鍵作用，因為豐田汽車和現代起亞公司將成為燃料電池技術領域的領導zhe。從2020年起，逐步取消BEV激勵措施，與政府對亞洲國家（包括中國，日本和韓國）的FCEV補貼相對應，將為私營部門投資打開大門，預示著燃料電池汽車新時代的開始技術。