大家是否思考过一个问题，十年后或者更远一些的未来，我们的汽车将会利用怎样的能源？届时是混合动力取代油车大行其道？还是电动汽车满街跑？抑或是可再生的氢已经取代了化石燃料？根据现在新能源汽车的发展状况和方向来判断，不久的将来，汽车能源格局会是何等情况？

混合动力汽车（Hybrid-Electric Vehicle，缩写HEV）早在上世纪90年代就已经步入商业化生产，但直至今天，混合动力汽车依然是一个时髦的玩意，仍在不断的发展革新。

【ZF hybrid 8AT 8P70H，取消了液力耦合器，取而代之的是离合器、电动机、扭矩减震器】

如今，混合动力汽车的价格越来越低，油电系统的集成度越来越高（比如ZF推出的hybrid 8AT 8P70H解决方案），电池组件的成本越来越低，能量密度越来越高，这些进步让混合动力汽车的售价已经不像十年前那样高不可攀。如今，混合动力汽车已经不再只以普锐斯这样的省油买菜代步车的形象示人，连法拉利、保时捷、迈凯轮也已经推出了性能表现极致的混合动力跑车，揭示了未来的“玩具”应该是怎样的。

【沃尔沃FE重型混合动力卡车】

不止是乘用车领域混合动力技术的普及，hybrid也已经延伸至商用车领域，我们的城市公交车早已实现混动化，沃尔沃甚至推出了混合动力卡车（柴油机+电动机）。

可以预见在十年后甚至更长远的未来，只要还有化石燃料存在，混合动力汽车就将存在，作为化石燃料时代和真正新能源时代之间的完美过渡载体。当新的能源形式普及，当石油天然气等资源不再被简单的烧掉的时候，混合动力汽车也就完成了它的过渡使命。

混合动力汽车是否会彻底退出历史舞台？这个问题和质疑内燃机是否会出局成为古董一样。答案或许是否定的，获得可再生生物燃料（比如以生物方式制造的乙醇等）会变得越来越容易，使用可再生生物燃料的内燃机依然会在未来找到属于它的位置，混合动力也是如此。

氢燃料电池车（FCV）

最近数年，以丰田/本田为代表的汽车巨头已经通过行动表明了对未来新能源汽车的态度，那就是以氢为能源载体的燃料电池车（FCV----Fuel Cell Vehicle）将会是未来新能源新车的主要攻坚方向。

今年的北京车展上，丰田将FCV PLUS燃料电池概念车放在中国首发，也意味着汽车巨头们将积极推进节能新能源车型在中国的研发和普及工作。

【丰田FCV概念车的高压氢气快速接口】

作为代表最新燃料电池汽车水准的高地，丰田FCV PLUS概念车能够提供超过700km的续航能力，并且能在3分钟之内完成加氢过程，这与传统汽车的续航能力和加油时间已经相差无几。TOYOTA FCV PLUS概念车还可以利用燃料电池作为社会分散的能源补给站向其它设施供电，俨然成为了一座移动的小型电站，或许还将引发未来电力行业的革命。

本田投入FCV的研发其实比丰田更早，是名符其实的氢动力的先驱者。早在80年代本田就开始进行燃料电池汽车的研制，到2002年推出“FCX”，到2008年的“FCX Clarity”，本田已在燃料电池汽车领域拥有超过30年的研发投入，并获取了大量的数据采集。利用收集得来的大量数据支撑，本田对燃料舱和动力总成进行了大幅改进，单位燃料储量提高了20％，动力输出效率提高了30％，完成了燃料电池汽车动力总成和燃料储备的小型化。基于十代思域平台打造的FCV也已经亮相，该车续航里程能够达到750公里。

【本田FCV的燃料电池模组，比起丰田氢燃料电池车集成度更高】

本田全新的FCV燃料电池模组能够输出最大130KW的功率，已经与传统汽油引擎动力相当，该车的储氢罐可以承受70Mpa的压力，同时也能够实现3分钟加满氢气。

本田FCV的氢气气罐位于后备箱内，后排座椅后侧。车身结构与普通思域大同小异，分摊了研发制造成本。

传统电动汽车（EV）

以Tesla为首的纯电动车（EV）阵营也不甘示弱，特斯拉推出了性能和续航能力更强，更符合中国消费者口味的豪华SUV车型MODEL X。搭载85kwh锂电池的MODEL X性能版在提供了474km的最大续航里程的同时，两台电动机还提供了691马力的最大功率输出，扭矩则达到了惊人的 931牛米，足够跟6.0L排量的V12高性能汽油引擎媲美，借助四驱系统，尽管车体庞大沉重，依然轻松获得4秒以内的百公里加速成绩。

宝马i3则揭示了未来电动汽车应该有的样子，模块化的设计（减少零部件，减低成本），轻量复合材料构成的车身主体，虽然在车底布置了沉重的锂电池，但i3与大小差不多的传统汽油车的车重依然相差无几，这带给了i3轻盈的驾驶感受和更好的续航能力。限于目前锂电池的储能性能，导致i3一次充电只能行驶250km左右，让宝马不得不推出集成了一台摩托发动机的增程式i3，显得非常尴尬。

EV还是FCV？本质是能源储存方式之争！

充电式电动车EV和燃料电池车FCV，代表了未来汽车能源供给方式的两个方向。他们都是以电力驱动电动机获得车辆前进的动力，两者的最大区别就是储存电能的方式不同。两者谁能够在未来的发展中获得上风，成为新能源汽车的主要力量，是我们需要探讨的。

阻碍EV成为主流的瓶颈有目共睹，那就是电池本身。电池的储能能力有限，充电时间长，还存在电池容量衰减的问题。除非储能技术迎来一次革命，否则电动车使用起来远远达不到汽油车那样的便捷性，受限太多。所谓的新能源革命，也变成了一种倒退。

超级电容(UC)或许是未来充电式电动车储能原件的解决方式之一，超级电容比起锂电池，充电时间大大缩短，充放电次数和容量衰减也不是问题。

但目前最好的超级电容能量密度依然少的可怜，每公斤也只能存储最多10Wh，仅仅相当于目前锂电池能力的几十分之一。锂电池电动车续航能力都还是个问题，何况能量密度小得多超级电容呢？

此外，超级电容的放电电压变化很大，放电曲线比锂电池难看很多，由于电容的储电量和电压平方成正比，如何做到功率的均衡输出？大功率的DC-DC电路也是必须要考虑的问题。

此外，超级电容的自放电速度太快，电容通常在一两小时到半个月内会通过自放电漏光50%电能，作为汽车储能原件显然不太合适。加上超级电容相比锂电池，相同容量的成本高出数倍，以及超级电容电动汽车要实现短时间充电就需要大功率充电设备，对输电供电设施也提出了更高要求。

目前超级电容实用案例仅限于公交车，储存的电量只能维持站与站之间几公里的行驶，公交车每次入站都会通过车底的受电弓进行充电，这样的使用方式，只能说比过去的无轨电车进步了一些。

电池的发展已经非常缓慢，革命性的产品尚未出现，即使是近年来热炒的石墨烯电池。据称西班牙的Graphenano公司(一家工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池，他们宣称聚合材料电池石墨的能量密度超过600 Wh/kg，其储电量是目前市场最好的锂电池的3倍，用石墨烯电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。

Graphenano公司相关负责人称，虽然此电池具有各种优良的性能，但其成本并不高，该电池的成本将比一般锂离子电池低77%，完全在消费者承受范围之内。

但是，目前没有人能够真正见识到这个公司的产品，即使相关基本参数比如充放电曲线、中值电压等也无法查找到。至于这个西班牙石墨烯电池到底是真是假，那就是仁者见仁智者见智了。

或许真正能够带给电池革命的是细菌电池，美国化学学会(ACS)2010年9月在波士顿举行的会议上，麻省理工学院的马克·艾伦博士指出M13细菌可用来制造锂电池所需的氟化铁阴极。电极的表面积对电池的存储能力来说至关重要，这种M13细菌可以自动增加电极的表面积，让电池承载的电荷比普通电池高十倍，电池的快速放电/充电次数也大大增加。

艾伦及其同事希望“放大”他们的电池零部件制造，制造轻型可充电并且电力持久的锂电池，为军方无人机和平民使用的手机等设备充电。如果大容量细菌电池能够进入实用阶段，那么或许一次充电续航能力达到数千公里的电动汽车将成为现实。

比起还处于在实验室阶段的细菌电池，燃料电池汽车目前看起来更靠谱，有更大可能成为未来汽车能源的主要形式。

氢燃料电池技术已经成熟，并且能量转换效率极高：

如果氢气以完全燃烧方式，每千克氢气可以释放出33.5KWh的热能量。反应方程式如下

3H2(g) + 0.5O2(g) → H2O(l) + 285.5KJ

如果氢通过燃料电池转化为电能，反应方程式如下：

H2→2H++2e

也就是说氢通过燃料电池的转换成电能，每克氢可以产生理论电量极限达到了26590mAh/g。而目前主流氢燃料电池车的百公里氢消耗量仅为1kg出头，氢作为能量的载体，能量密度非常高，这就是以本田/丰田为代表的车厂如此看重氢燃料电池汽车的原因。

氢燃料电池汽车的发展瓶颈不在电池本身，也不在制取上，难点在于氢的获取和运输储存上。

事实上，中国是世界上氢产量最大的国家，中国每年制造超过1300万吨氢，而全球每年的氢产量为4100万吨，中国占到了全球氢产量的差不多1/3。世界制造氢主要用于生产用于化肥的合成氨。因为中国是农业大国，在中国超过80%的氢都用于合成氨，其余氢用于工业生产（加氢反应，合成甲醇，还原反应）以及作为燃料。因此中国具备发展氢燃料电池汽车的基础条件。

目前国内氢的制取渠道有如下几种：

其中化石燃料制氢有两种方法，分为天然气水蒸气重整制氢和煤气化制氢。天然气水蒸汽重整制氢化学反应为：CH4+2H2O==CO2+4H2；煤气化制取氢气的反应过程为：C+2H2O==CO2+2H2。 此外还可采用碳氢化合物部分氧化法来制氢、重油部分氧化重整制氢。这类制氢方式离不开煤炭、天然气、石油等矿物燃料，因此算不上是一种有前途的制氢途径。

氢作为一种工业副产品，通过回收各种化工过程中产生的氢气，也是一种合理途径。如氯碱工业、冶金工业等。化学反应例如 2NaCl+2H2O==Cl2↑+2NaOH+H2↑

电解水制氢基于氢氧的可逆反应：2H2O==2H2＋O2，制得氢气的纯度可达99.5～99.8%，但是耗电量很大。但如果利用夜间峰谷电能制氢，那么按每度电0.3元计算，每公斤氢的制作成本约为15元，如果按当前氢能源燃料电池车百公里消耗氢1.5KG计算，每公里行驶成本已经低于汽油。但考虑到中国发电能源结构，大部分电能来自于煤炭，因此这种方式虽然成本可接受，但和推广电动汽车类似，碳排放和对空气的污染依然不乐观。

更有前途的环保绿色制氢方式为生物制氢，即利用微生物在常温、常压下以含氢元素物质(包括植物淀粉、纤维素、糖等有机物及水)为底物进行酶生化反应来制得氢气。产氢生物可分为两大类：光合生物(厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻)和非光合生物(严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌) 。光合生物蓝细菌和绿藻可利用体内巧妙的光合结构转化太阳能为氢能，二者均可光裂解水产生氢气。 非光合生物可降解大分子有机物而产氢，使其在生物转化可再生能源物质(纤维素及其降解产物和淀粉等)生产氢。

因为氢是自然界中最常见的元素，载体多种多样，获取氢的方式会越来越丰富。以生物制氢为主线的绿色制氢方式很有前途，低成本绿色环保的氢制取途径是实现氢能源的基础，目前被广泛看好。

目前氢燃料电池汽车的贮氢方式均为高压气态储氢，使用高压气瓶作为储存容器。高压气态储氢是一种应用广泛、简便易行、技术相对成熟的储氢方式，而且成本低，充放氢速度快，在常温下就可进行。但缺点是需要厚重的耐压容器，并要消耗较大的氢气压缩功，存在氢气易泄漏和容器爆破等不安全因素，如果车辆发生事故伤及气瓶，无异于背负了一颗小炸弹。

氢燃料电池车的储氢罐多采用碳纤维强化塑料（CFRP）制造的气瓶。如前文所述，目前本田FCV概念车安全储氢压力已经高达70Mpa。

【火箭发动机使用液氢】

若仅从质量和体积上考虑，低温液态储氢是一种极为理想的储氢方式，但是由于氢气液化要消耗很大的冷却能量，增加了储氢成本，同时要求储氢罐要具备良好的绝热性能，对隔热材料要求很高，在车辆狭小的空间里布置满足足够长时间隔热的装置并不现实。

储氢方式的前沿和未来则是固态材料储氢，通过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中，其能量密度高且安全性好，被认为是最有发展前景的一种氢气储存方式。目前全球各国均投入大量精力研发固态储氢，由日本松下研制的成本低廉的钛/锆系Laves相结构的金属间化合物储氢装置就非常适合未来氢能源汽车使用。此外，荷兰Philips的LaNi5稀土镧镍系储氢合金，能量密度已经达到每克储存0.157L氢气的能力，可见未来世界对于稀土的需求会比石油更加强烈。日本NEC开发的利用碳纳米管吸附氢（CNTs）的技术则提供了另一种有效的解决途径。

氢的制取，储存和运输，这一系列的问题一旦获得了安全且低成本，绿色环保的解决方案，那么制约氢能源发展的瓶颈也就得到解除。目前氢气的制取(生物制氢)，储存运输（固态储氢）技术已经看到曙光，这就是为什么以日系为代表的车厂已致力于发展氢燃料电池汽车的原因。

反观充电式电动汽车，除非电能的储存方式获得革命性突破，充电时间可以缩短到数分钟，续航媲美汽油车，电池容量衰减问题得到解决。否则面对强大的竞争对手氢燃料电池，电动汽车的前景依然不算明朗。

直至目前，电动汽车和氢燃料汽车的竞争依然没有定论，电动汽车依然拥有氢燃料无法替代的优势（电力传输成本低廉、快捷，电力可由核能/太阳能等清洁能源提供），因此依然有例如特斯拉这样的车厂致力于研发充电式电动汽车。随着制氢和储氢技术的成熟，更多还在观望的传统车厂也将转战到氢燃料电池汽车的轨道上来。相信在未来十年或者更长远的时间，我们应该看到未来汽车能源形式被确定，建立行业标准，并带来配套设施的全面更迭（加氢站OR充电站）。

我们应该感谢在EV和FCV相互竞争齐头并进的岁月里，那些为新能源汽车付出过巨大努力的车厂和研究机构，因为他们都是新时代的开拓者。如同当年特斯拉倡导交流输电和爱迪生倡导的直流输电的竞争一样，最后获益的是广大用户，因为他们最终用上了更加安全，更加廉价的电能，从此生活被改变。

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