加氫3分鐘，續航600公里……近年來，作為新能源汽車的主要技術路徑之一，“氫能汽車”正帶給人們無窮的想象空間。
而在今年北京冬奧會期間，在延慶和張家口賽區，千余輛氫能大巴穿梭在賽場之間，國內首臺上牌照的“氫燃料”SUV，中國首款量產氫電車型發布，讓氫能汽車再次走到聚光燈下。
那么，氫能汽車的工作原理是什么？它與燃油車、電動車又有什么不同呢？
國內首臺上牌照的“氫燃料”SUV
事實上，國內有關于氫燃料汽車的熱度，一直都還是比較高的，只不過具體到實處來看的話，還沒有一款可以合法上路的車型，所以NEXO中國版的到來，無疑也打破了這種尷尬的局面，它也成為了國內首臺氫燃料汽車。
先來說說外觀，NEXO中國版的設計語言源于現代FE Fuel Cell概念車，自然與水的靈感結合讓整款車看起來極具生命力，不過在細節部分，NEXO中國版還更加激進一些，大尺寸的前進氣格柵還是很有辨識度的。當然啦，與外觀相比，它的“動力”似乎更能體現出其價值。
根據相關信息顯示，NEXO在前機艙內部裝配了最大功率為95千瓦的氫燃料反應堆，可將氫和氧進行氧化還原反應生成水和電能，電能就可以用來驅動車輛。值得一提的是，中國版NEXO配備的儲氫罐，可儲存3.99千克、壓力為35兆帕的液態氫，官方稱，當儲氫罐滿載的狀態下，按照CLTC測試標準，能夠為車輛提供596公里的續航能力。
中國首款量產氫電車型
4月21日，長安汽車發布了長安深藍C385，新車共分純電、增程與氫電三個版本，其中氫電版本為中國首款量產氫電車型，續航里程將達到700公里以上，饋電氫耗低至0.65公斤/100km以下，可實現3分鐘超快補能。
根據長安新能源總經理鄧承浩介紹，長安新能源眼中的電動車三大痛點為續航短、補能慢與安全性存疑，為了解決這些痛點，首席產品官蘇忠與團隊確定了三個電動車客戶的爽點：高效環保、數字體驗、極致性能。
長安新能源深藍C385的發布不僅僅意味著中國首款量產氫燃料電池轎車的出現，對于當下中國新能源產業多種動力形式的探索也有著極大幫助。
什么是氫能汽車
首先我們要了解什么是氫能汽車，氫能汽車是以氫作為能源的汽車。一般的汽車是以內燃機燃燒柴油或汽油產生的推力作為動力源，而氫能汽車包括氫內燃機汽車和氫燃料電池車，其中前者的動力來源為氫氣在內燃機中燃燒產生的能源、后者則使氫或含氫物質與空氣中的氧在燃料電池中反應產生電力推動電動機，由電動機推動車輛。
氫能汽車的種類
氫能汽車主要分為兩大類，氫內燃機和氫燃料電池技術。
氫內燃機
氫燃料電池技術
氫內燃機汽車的工作原理
氫氣發動機的原理與燃油內燃機相同，是一種通過燃燒釋放反應氣體的化學能，通過氣體膨脹做功的動力設備。
氫氣內燃機其實并不是什么新鮮的概念，它的起步很早，可以追溯到19世紀中期。1841年，英國頒發了第一個用氫氣氧氣混合氣工作的發動機的專利。
在所有的汽車品牌中，堅持研發氫內燃機技術的要當屬寶馬。1978年寶馬就開始研究氫燃料動力，他們在1996年的世界氫能會議上展示了一款氫氣內燃機汽車，隨后在2000年德國漢諾威世博會上展示了用自家旗艦7系改造的750HL示范運營車隊。
2007年，寶馬推出了迄今為止氫內燃機汽車最接近量產的產品——Hydrogen 7。但最終結果我們也看到了，寶馬現在將精力轉到氫燃料電池方向。
而且氫內燃機有個弊端，那就是氫氣在發動機內燃燒，雖然會生成水，但是也會和吸入的空氣，在高溫下產生一定的NOx。而且由于氫內燃機的溫度更高，NOx的排放問題比起傳統內燃機更加嚴峻。
氫燃料電池汽車的工作原理
氫燃料電池技術是目前各大車企的主流方向，工作原理就是將氫送到燃料電池的陽極，在催化劑的作用下，一個氫原子被分解成2個氫離子和2個電子，氫離子穿過質子交換膜，與氧氣結合生成水，電子無法穿過交換膜，只能經過外部電路，被迫產生電流。
理論上來說，只要不斷地給陽極輸送氫氣，給陰極輸送氧氣，就可以持續地產生電能。
氫燃料電池很好地避免氫內燃的缺點，比如化學反應不需要高溫，所以能量交換后的產物只有水，能量密度更高，能量轉換效率要比氫內燃機高很多。
氫燃料電池車的動力系統主要由高壓氫氣儲罐、動力電池、燃料電池電堆、燃料電池升壓器和驅動電等幾部分構成。
氫燃料電池車的動力系統主要組成部分
其中，燃料電池電堆是氫燃料電池車最核心部件，為電動發動機供電；高壓氫氣儲罐則提供燃料，動力電池組提供而外的功率，讓車加速、爬坡和高速運行。此外，在車輛滑行時，能量控制單元將驅動電機變為發電機，從而將部分汽車動能變為電能給動力電池充電。
氫燃料電池汽車的工作原理
相比于普通汽車，氫燃料電池車的排放只有純凈的水，且只需要少量氫氣（2.5公斤）即可續航400公里左右，燃料的成本要大大低于汽油、柴油等內燃機燃料。
而相比于純電動汽車，氫燃料電池車以PEMFC電池堆替代鋰電池，作為電動發動機的能量來源，使得汽車擁有了更遠的續航里程；同時，充能（充氣）時間從電動車的1-2小時變為了氫燃料電池車的3-5分鐘，和加油的時間差不多。
氫能現狀如何？
當前氫能的推廣和應用，還存在很多難題，首當其沖的就是氫氣的制造。
目前工業制氫主要有幾種方法：一是采用化石燃料制取氫氣；二是從化工副產物中提取氫氣；三是采用來自生物的甲醇甲烷制取氫氣；四是利用太陽能、風能等自然能量進行水的電解。
作為氫燃料電池汽車的基礎設施，我國累計建成超過130座加氫站，到2035年全國加氫站數量將超過5000座。
此外，車企也開始了對加氫站的布局。2021年12月10日，海馬汽車光伏制氫及高壓加氫一體站在海口正式落成，站內水電解制氫產能為每小時50標方，每天可生產約107kg“綠氫”。
隨著政策推進以及車企發力加速布局，氫能汽車“上路”有望提速。
在氫能利用方面，制備是第一個關鍵性的技術環節。首先，氫能本質上均屬于二次能源，需要采用適當技術手段消耗其他一次或二次能源獲得。迄今為止，氫氣主要來源于煤炭、天然氣等一次化石能源或是以水為原料經過化學、生物、電解、光解等工藝制成。
目前主流的氫氣制備路線是：化石原料制氫、化工原料制氫、工業尾氣制氫、電解水制氫和新型制氫技術。
通過智慧芽全球專利數據庫檢索，根據技術研發的活躍程度可將中國制氫技術的研究劃分為三個階段:
第一階段是1985-2002年期間，國內制氫技術專利申請量總體較低，處于技術萌芽期。主要源于該階段內，國內制氫技術基礎薄弱，自主研發實力不強，工業制氫制備主要依靠國外技術和設備，此時國際上制氫技術的研究主要集中在美國和日本。
第二階段是2003年-2015年期間，國內制氫技術專利申請呈現快速增長態勢，并且在全球市場中所占比例越來越高。主要源于國內未來將面臨的能源短缺問題已經日益突出，氫能技術依次被列入《科技發展"十五"規劃》和《國家中長期科學技術發展規劃綱要2006-2020》，由于政策層面的大力支持，推動了氫能技術的快速發展。
第三階段是2016年-2020年期間，國內制氫技術傳利申請達到高峰時期。源于2016年中國加入《巴黎氣候變化協定》后，中國政府提出了碳達峰、碳中和目標，明確了進一步降低非化石能源占一次能源消費比重，不斷提高風電、太陽能發電總裝機容量。而氫能因其具備清潔、高效、可持續等性能，逐漸成為中國能源綠色轉型的重要抓手。國內市場上激起了氫能產業熱，行業巨頭爭相布局氫能版圖；2017年后，隨著國家知識產權局在全國各地圍繞重點產業領域如新能源(含氫能)，建立一批知識產權保護中心，實施了專利預審制度，氫能專利申請公開時間大幅提前，因而國內專利申請公開數量出現了一定幅度的增加現象。（如圖表7）
電解水制氫作為清潔、可持續的制氫方式，是我國未來氫氣制備技術發展的重要方向。
來源：賢集網
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