工程6（2020）1333新闻亮点氢动力的焦点从汽车转向重型车辆克里斯·帕尔默高级技术作家几十年来，氢一直被誉为有前途的能源载体。但与混合动力和插电式电动汽车的蓬勃发展相比，氢燃料电池汽车的前景最近有所减弱，主要原因是降低燃料电池成本和开发广泛的加油站网络面临挑战。从2020年3月开始，三大汽车制造商-戴姆勒股份公司[1]，大众汽车[2]和通用汽车（GM）[3]-继2019年4月本田[4]退出氢动力乘用车市场之后。相反，这些公司和其他公司正在寻求开发这项技术，作为一种零排放的解决方案，为重型商用和军用车辆提供动力，在集中地点加油。在19世纪中期，科学家发明了一种燃料电池，其中氧气被输送到负极（阴极），而氢气被输送到正极（阳极）。阳极的催化剂将氢分离成质子和电子，电子流过外部电路，可以驱动电动机和给电池充电。质子通过电解质迁移因此，在操作中，氢燃料电池是无温室气体排放的。氢燃料电池系统是否完全无污染取决于氢的来源。氢气通过水解产生，目前几乎完全由天然气及其伴随的碳足迹提供动力[5];为了消除温室气体排放，水解必须由来自可再生能源的电力提供动力，当然，这也是插电式电动汽车的问题。燃料电池以相对恒定的速率运行，当有多余的电力生产时，它会为锂离子电池充电。然后，当需要额外的功率时，加速或上坡，电池补充燃料电池。然而，这一过程的效率远远低于插电式电动汽车，其中来自电网的电力直接存储在电池中[2]。氢燃料电池已经并将继续用于各种各样的利基应用-包括阿波罗和双子座太空任务、商业喷气式客机、叉车、拖拉机和潜艇-其中期望无排放的电源，并且由氢提供的更快的加油时间是关键的，或者重量考虑排除了使用电池，电池可以比氢燃料系统重许多倍第一辆氢动力乘用车是改装的现代途胜[6]，于2013年首次亮相，但它和其他氢动力汽车的大规模生产和销售并没有随之而来。截至2019年底，全球约有25，000辆氢动力汽车上路[7]，主要是丰田Mirai，现代NEXO和本田Clarity。这一数字预计将在未来十年内增长一个数量级，但即使到那时，氢动力汽车也只占全球乘用车市场的一小部分，预计到2030年将达到14亿辆汽车。除了兴登堡灾难给公众留下的氢动力汽车危险的印象之外，氢动力乘用车未能获得更多市场份额的一个重要原因是成本。燃料电池是用包括铂催化剂在内的稀有材料制成的，生产成本仍然很高。因此，最受欢迎的氢动力汽车模型，丰田Mirai（图1），零售价约为58500美元，尽管其真实成本可能要高得多[10]。‘‘It is difficult because you cannot get the costs down withoutvolume, and you have to make a huge investment to get to thatvolume,” said Timothy Lipman, an energy and environmentalpolicy instructor at the University of California, Berkeley, anddirectorFig. 1.丰田Mirai的零售价为58，500美元，是世界上最畅销的氢动力乘用车，2019年销量约为2，200辆，而同期电动汽车销量约为220万辆。图片来源：M 93，维基共享资源（CC BY-SA 3.0 DE）。https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.10.0062095-8099/©2020 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng1334C. Palmer /工程部 6 （2020）1333-1335中心‘‘Daimler and the other manufacturers just looked at that and另一个主要障碍是缺乏加氢站。截至2019年底，美国有64个车站，其中大部分位于加利福尼亚州，德国有81个，日本有113个[7]。根据Lipman等人的研究[11]，在这三个国家中，这些台站的大部分费用都是由公共基金提供的，没有其他国家有这么多。汽车制造商们希望氢动力汽车能追随最接近零排放竞争者电动汽车的轨迹，电动汽车最初的采用速度很慢，但后来科学进步降低了成本，足以激起消费者的兴趣。这使得规模经济得以应用，导致2020年道路上有720万辆电动汽车，预计到2030年将达到1.4亿至2.45亿辆[12]。成本降低的一个关键原因是电池技术，该技术在过去几年中取得了显着进步，电动汽车的成本下降速度比行业专家预测的要快。李普曼认为，这一发展是主要因素推动大型汽车制造商终止其氢客车业务。“电池的成本在过去十年中下降了85%，这让很多人感到惊讶，”他说。‘‘That has made the automakers rethink whether to put their eggsmore in the fuel cell‘‘It is challenging to see how hydrogen fuel cell technology will尽管电动汽车的竞争力超过了氢动力汽车，但仍有一些市场氢动力可能是有意义的，特别是在那些有政治授权的国家，在不久的将来削减或淘汰产生污染的燃烧动力汽车与轻型汽车市场不同的是（例如，乘用车），重型车辆市场（例如，商用卡车、公共汽车和军用运输车辆），预计到2030年将达到100万辆[13]，氢仍然具有成本效益与目前大多数电池充电所需的时间相比，氢燃料电池汽车在大约半小时内完成充电，这对于全天运行且无法承受电池充电站停机时间的商用车来说是一个重要的李普曼说：“对于公交车场来说，每天给一百辆公交车充氢要比给一百辆公交车充电动汽车充电器容易一些。”然而，重要的是要注意，为电动汽车电池充电所需的电力成本（15美元，使用家用充电器）明显低于氢燃料的成本（65至95美元）[14]。目前，中国约有2000辆氢动力公交车在运行，欧盟只有75辆左右，不到美国和日本的一半[11]。除了快速补充燃料外，氢还有其他几个潜在的优点氢动力汽车的平均续航里程为500至600公里，比电动汽车略长虽然电动汽车的电池尺寸与车辆尺寸成比例，但重要的是，氢动力系统并非如此大型电动汽车需要大量的电池，这些电池基本上太大太重而不实用。相比之下，为大型车辆提供动力所需的额外氢气不会明显增加更多的重量，并且即使当氢动力车辆尺寸增加时，电池组件在重量和尺寸氢气罐的尺寸有实际限制，但额定行驶600公里的卡车只需要大约1.5立方米的罐。更长的射程将使这一规模线性上升。此外，大多数考虑使用氢动力的重型车辆并不依赖于广泛分布的加油站网络。相反，在许多情况下，公共汽车，长途货轮和军用车辆，都可以运行相当预定的路线出一个中心枢纽，这意味着整个车队可以从一个单一的位置加油。计划生产更多氢燃料电池驱动重型车辆的大型制造商包括丰田[15]，通用汽车[3]和戴姆勒股份公司[16]。戴姆勒公司（DaimlerAG）宣布与沃尔沃（Volvo）合作，为商用卡车制造氢燃料电池，就在几天前，戴姆勒宣布终止其氢动力乘用车的开发工作。现代实际上已经建造并向瑞士运送了世界这家韩国制造商计划到2020年底将有60辆这样的汽车上路，到2025年底将有1600辆。在美国，快递公司联合包裹服务（UPS）[18]和联邦快递[19]正在进行氢燃料卡车的试点测试挪威最大的杂货批发商ASKO最后，初创企业Nikola已获得生产14，000辆氢动力半卡车的订单，但最近与美国证券交易委员会发生冲突，其主席于2020年 9月退出公司[21，22]。虽然老牌制造商正在削减其氢动力汽车部门，但至少有一家氢动力初创公司正试图进入市场，该公司正在建立一个非常高端的乘用车（图2）[23]。但即使有了这样的新玩家，并转向更重的车辆，该技术的潜在整体 影 响 仍 然 存 在 疑 问 。 ‘‘If the main driving motivation ofhydrogen vehicles is to图二.初创公司Zynga正在开发的XP-1氢燃料电池汽车拥有1600公里的续航里程，是其他氢燃料汽车平均续航里程的两倍多XP-1将于2022年在美国投产，并将限量生产300台。图片来源：WEB（公共领域）。引用[1] 伯曼湾戴姆勒终止氢动力汽车开发，因为成本太高。Fremont：Electrek; 2020年4月22 日[引用 于2020 年9月 6日]。 可从https://electrek.co/2020/04/22/daimler-ends-hydrogen-car-development-，因为其成本太高。[2] 电池还是燃料电池，这是个问题。大众汽车; 2020年3月12日[引用2020年9月6日 ] 。 可 查 阅 ： https://www.volkswagen-newsroom.com/en/stories/battery-or-fuel-cell-that-is-the-question-5868。C. 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