氫能，是一個我們從初中課本里就學到的詞語。它被一些電動車業界大佬認為是智商稅，是不切實際的妄想，也有很多人稱其為終極能源，是碳中和的法寶。那麼氫能對於使用者用車和能源產業到底意味著什麼，長城汽車最新發布的氫檸技術又為氫能的應用描繪出了怎樣的未來？
氫燃料電池汽車比電動車強在哪？
在氫燃料電池汽車中，氫氣不是以燃燒的方式釋放能量，而是透過電化學反應直接產生驅動車輛的電能。想要實現這一反應，並不是將氫氣和氧氣進行簡單的混合就能完成，它還需要燃料電池中的膜電極（包括催化劑層、氣體擴散層和質子交換膜）為反應創造條件。
在催化劑的作用下，氫氣會分離成質子和電子。其中質子可透過質子交換膜與另一側的氧氣反應生成水，而流動的電子則在電路中形成電流，產生可用於驅動電機或儲存在動力電池中的電能。
類似於電芯串聯成模組的操作，把若干組用於產生電化學反應的膜電極和導電的極板（主要為石墨或金屬材質）堆疊到一起，就可以組成一個氫燃料電池堆。
如果只有電堆本體，電化學反應仍舊無法維持，還必須有醫藥相應的輔助系統對電堆的工作進行控制，包括氫氣氧氣供給系統、排熱系統、排水系統、電效能控制系統及安全裝置等。這樣的一整套裝置就叫氫燃料電池發動機。
儲氫系統則是氫燃料電池汽車的“油箱”，負責儲存和向電堆供應氫氣，在35-70mpa的高壓（約等於350-700個大氣壓）條件下對氫氣進行壓縮儲存。
從能力傳遞的路徑上來看，氫燃料電池發動機雖然被稱為發動機，但並不直接產生機械能來驅動汽車。而是與增程式電動車的增程器作用相同，主要為電機供電或動力電池進行供電。
正因為使用過程中存在複雜的能量裝換，馬斯克、王傳福等電動車界的大佬認為氫燃料電池是將簡單的問題複雜化了，使氫能的最終效率並不像大家想象的那麼高效。那麼氫燃料電池相對於電動車究竟好在哪？
首先，作為一種能量密度三倍於汽油的能源，氫能與氫燃料電池汽車的搭配最先解決的是電動車補能速度和里程焦慮的問題。
只需要5分鐘時間，豐田第二代Mirai就可以加滿氫氣，實現EPA工況下647km的續航。長城汽車表示，搭載氫檸技術的氫燃料電池汽車具備在3分鐘內完成氫氣加註、續航900km（工況未知）的能力。在補能速度上，比目前所有超級充電樁都還要快上幾倍。
另一個困擾電動車的問題——冬季續航衰減，在氫燃料電池汽車上也同樣得到了緩解，不必過於擔心車輛在冬季和低溫條件下的續航表現。
氫燃料電池中的電化學反應在產生電能的同時還會釋放出大量熱能，這有助於將燃料電池的工作溫度維持在適宜範圍內，不會使車輛的冬季續航出現大幅度的降低。
此外，氫燃料電池工作產生的這部分熱能還可以用於進行車內採暖，使用者也就可以像開燃油車那樣在冬天放心大膽的開暖風了。
氫能上車需要幾個步驟？
2001年我國才開始進行氫燃料電池汽車的研發工作，首次提出氫能產業發展計劃是在2016年10月釋出的《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書(2016)》中。而美國通用早在1966年就已經開始研發氫燃料電池汽車，日本的本田則開始於1992年。由於起步較晚，膜電極、雙極板、高壓儲氫瓶、增壓機、制氫、儲氫等核心關鍵技術的研發仍落後於日本、韓國、加拿大、美國等先發國家，國內的供應商體系也並不完善。
透過自主研發、自主製造，長城汽車逐步實現了“電堆及元件、燃料電池發電及元件(控制器等)、Ⅳ型儲氫瓶、高壓儲氫閥門、氫安全、液氫工藝”六大核心技術和產品的智慧財產權自主化，並形成了氫檸技術這一高性價比的車規級“氫動力系統”解決方案。
氫能要上車，首先面臨的問題是如何在車上安全、高效的儲存氫氣。雖然不少消費者認為氫燃料電池車不安全，是坐在氣罐上開車，容易發生爆炸，但實際上國家對於高壓容器有著非常嚴格的安全要求。
國內比較成熟的儲氫瓶產品是使用金屬內膽的III型瓶，儲氣壓力為35MPa（約合350個大氣壓，是液化氣罐儲氣壓力的60倍），通常被應用於空間限制寬鬆的氫燃料電池商用車上。而在乘用車領域國外車企主要採用的是70MPa（約合700個大氣壓）、塑膠內膽的IV型瓶，尤其對於寸土寸金的乘用車來說，在儲存相同質量的氫氣時，更大的儲氣壓力可以顯著降低儲氫瓶的體積，大大降低車內的空間佈置難度，塑膠內膽的使用還可以降低儲氫系統的重量。
透過自主研發塑膠內膽成型、塑膠內膽與金屬閥座連線等技術，長城逐步建立了70MPa IV型儲氫瓶的製造能力，從而具備了氫燃料電池乘用車開發所需的儲氫條件。
想要讓70MPa的高壓儲氫系統安全穩定的工作，配套的驗證手段和保護措施也必不可少。透過迴圈疲勞、壓力爆破等試驗手段的建立，可以對儲氫系統的耐久度和耐壓能力進行測試，從而驗證瓶體和閥體的安全性。
在控制氫氣進出的瓶口閥上，自主設計的閥體集成了過流保護和過壓防護功能，並能經得起火燒的考驗，使整套儲氫系統更加安全可靠。
接下來想要將氫能轉化為電能從而驅動汽車，還有賴於一個高效的電堆，來為氫氣的電化學反應提供場所。目前，長城氫檸技術已經具備了大功率電堆的材料選型、結構設計、效能模擬、製造和生產工藝的全套能力，可年產100萬片膜電極、3000套150kW電堆，能滿足氫燃料電池汽車的裝機需求。
作為電堆最核心的零部件，膜電極的效能指標直接決定了電堆的效能引數。膜電極功率密度（氫檸1.2W/cm²、國際主流1.04W/cm²）是提升電堆功率密度的前提、鉑使用量（氫檸Pt<0.3mg/cm²、國際主流Pt<0.4mg/cm²）的降低則對控制電堆成本有很大幫助。
長城還實現了電堆的模組化設計，能透過模組的疊加滿足從千瓦級到兆瓦級功率範圍的需求，使氫燃料電池可以應用在軌道交通、船舶、航空、氫能發電、大功率備用電源等領域，從而擴大技術的應用範圍，也促使氫燃料電池產業更快成熟和降低成本。
最後，氫燃料電池還需要一套可靠的電堆管理系統，來監控電堆內電化學反應的進行情況，透過對供氣量、溼度、溫度的控制，保證氫燃料電池在適宜的狀態下工作。
透過對控制演算法和控制策略進行創新，氫燃料電池發動機具備了在高溫、高寒、高海拔等環境條件下的執行能力，並提升了系統的功率響應速度，使執行更加可靠、高效。
在氫燃料電池汽車的普及上，氫氣的製取、儲運、加註全產業鏈的打通，也是讓氫燃料電池汽車好開好用的重要因素。
長城汽車已在太陽能發電、氫+電儲能技術、燃料電池應用等領域進行了佈局，具備了多項關鍵技術。
此外，長城汽車還對低溫液氫的液化、儲存和加註技術進行了公關，如果以體積能量密度更大的液態氫氣來進行氫氣的儲運，能讓氫能的長週期儲存和長距離運輸更加高效。
但受制於加氫站等基礎設施建設不足、氫能體系的不完備以及氫燃料電池汽車高昂的售價，目前國內的氫燃料電池汽車仍處在政策推動下的試運營階段，並且從短期來看，氫燃料電池汽車和電動車之間也並不會出現誰取代誰的情況，而是會在各自適合的應用場景裡蓬勃發展。
經歷十年建設發展的充電網路目前仍然難以達到完美覆蓋，造價更高、佔地面積更大的加氫站建設自然也不是短時間就能初具成效的工程。而氫燃料電池汽車的試運營和商業化，將是拉動整個氫能源產業發展的最好抓手。在整個氫能源體系完備之前，長途使用、路線固定的商用車，或者是大型的乘用車，會是氫燃料電池汽車佔據優勢的領域，而更靈活的充電樁則能讓電動車勝任城市中短途出行場景。
編輯點評：
對於氫燃料電池汽車的發展前景，所承受的期待和非議都要比十年前的電動車更大。能量密度、環境友好度等先天的優勢使我們對氫能如此著迷，而任重道遠的能源體系建設又讓我們對它的前景憂心忡忡。但不妨以發展的眼光看待氫能源的未來，用發展的手段解決氫能源面臨的問題，相信隨著越來越多的車企加入氫能源賽道，未來綠色出行的新前景也會逐漸明朗起來。
