特斯拉？法拉第？不如一起看氢动力汽车的未来（Mirai）…

最近认识了一个西北大学材料学PhD，在某次交谈中聊及燃料电池，觉得十分有趣。因为是新能源领域，再加上人们越来越关注环境问题，我看了不少视频与文字资料，与你们分享。

这位PhD的导师叫Sossina Haile，她一次深入浅出的TED演讲给我留下了很深的印象。

源源不断的太阳能使得人们关注光伏产业，但是太阳能发电有两个弱点：一是由于太阳光有多种颜色，而许多材料只能吸收和转化一小部分太阳光，从而效率不高。二是太阳能受云层影响较大，因此也不够稳定。所以，如何贮藏获取的能量变成了新的议题。

就汽车产业来说，采用电或氢为燃料的汽车由于不排放氮氧化物和二氧化碳，成为了热门。虽然我们还需解决低环境负荷制造电和氢的课题，但行驶时二氧化碳排放为零这一点就极具魅力。

特斯拉的成功其实在于他们突破了锂电池的技术门槛，增加其性能并降低成本，能够将实验室成果应用于市场。目前锂电池已经逼近功率阈值，充电也有诸多限制。而被Musk称作傻瓜电池(fool cell)的氢燃料电池(fuel cell)，是一个关注度不算太高的领域，也是这位PhD朋友在研究的方向。

氢燃料电池的原理其实很好理解，就是利用电解水的逆反应产生氢气(H2O -> H2 +1/2O2)，然后用陶瓷电解质(固态氧化物)使氢气和氧气重新反应(电化学反应)，将化学能转变成电能。这种陶瓷电解质能够在高温下产生震动释放氧气，但不影响结构，冷却后吸收氧气得以再次使用。

若要真正推广氢燃料电池车(Fuel Cell Vehicle, FCV)，就应当从电池的工艺和机理两个层面去研究，从氢气的获取、储存和运输三个方面来考量。和我们思考内燃机和石油是一样的道理。

电池的工艺在于提高电池的性能，包括效率、稳定性和衰减速度是否达到能够推向市场的标准。电池的机理则更基础一点，注重于寻找下一代材料，比如找到一些新的复合材料来应用于电池的阴极、阳极和电解质上。

举个具体的例子，刚才我提到的利用固态氧化物氧空位的缺陷的电化学反应，需要高温(700度)。最新也最热门的新型材料PMFC则是利用质子传导，不需要高温(200度)且效率不错，是机理上的一个创新。科研人员就是这样一步一步的提高氢燃料电池的性能，为其市场化打下坚实的基础。

现在很多耳熟能详的汽车公司，尤其是日本和德国的，都有在开发氢能源汽车。其中，2013年首次亮相、2015年推出的Toyota Mirai就是最顶尖的一款氢燃料电池车。Mirai在日文里指未来，是一个非常大胆且富有挑战性的名称。

如果仔细去探索Mirai背后的关键技术，真的很震撼氢燃料电池这几年的进步。对比08年的燃料电池，过去我们用铂作为催化剂，造价十分高昂，他们寻找到的铂钴合金催化剂减少了90%的铂使用量，可以大大降低成本。再者，他们成功地将电解质膜的厚度减至过去的1/3，就是降低电阻增加电池效率的关键之一。还有像氢氧反应产生的水将如何排放，如何设计车身才可以接触更多氧气等等问题上都有诸多的巧思妙想。

事实上，2015年1月丰田就宣布无偿提供约5680项FCV相关专利的使用权。我认为其做法和其愿景乃至Mirai汽车的取名意义是真正相符的。他们承担了创新的义务，着眼于未来。

和特斯拉这种纯电动汽车相比，氢动力汽车的优点在于不需要充电时间。虽然现在锂电快速充电的时间已大幅降低，但试想若是充电排队则等待时间不堪设想，而氢动力汽车只要像加油一样加氢就可以了。另一个优点则是续航里程，由于锂电池组体积大也笨重，其续航能力更适用于每天上班的短距离，而氢动力汽车只需要一个储氢罐，续航里程大大增加。

再说一下人们不看好氢动力汽车的原因和它市场化的难点。首先，价格，它的生产成本高，以及基建上加氢站肯定比充电桩贵；第二，安全性，人们恐惧事故造成氢气爆炸的可能性，也会担心加氢过程中的人身安全；第三，基建，现在氢气本身还没有产业链支撑，制造、运输、储存和加注都不方便，加氢站少的可怜。除了日本和欧洲部分国家，至少在中美是十分不方便的。

这些都是很实在的难点和顾虑。不过在我看来，人们对于纯电动汽车伸出橄榄枝，在于技术已经达到市场标准和政府给予支持与补贴。也就是说，如果技术上氢燃料电池在性能和价格上可以优于锂电池(第四代燃料电池以优于锂电)，那么加氢站的建设、大众的接受度这些从政府和商业层面上只需要一个决定就可以发生改变的。

举个例子来说，人们顾虑氢气爆炸，但人们不知道现在储氢罐已经设计的十分安全，科研人员做过很多高压撞击和子弹射击的测试，和现在我们带着十六加仑汽油的汽车，安全性不相上下。这些大众还不知道，所以需要科研人员继续主导，在这过程中也会出现像Musk这样能够成为氢动力汽车的代言人出现，难点是会慢慢消除的。

目前在NASDAQ有三只关于燃料电池的股票，$FCEL从燃料电池研究做到发电厂，$PLUG和$BLDP做质子交换膜技术的开发，$PLUG的研究方向更广一些，可惜三家公司运营一般，股价都是很可怜在$1~$2中徘徊。2014年热门了一阵之后再无突破性发展。

让我比较兴奋的是在16年12月，Bill Gates携手其他二十位企业家开创了一个十亿美金的基金，Breakthrough Energy Investment Fund。参与的企业家包括Jeff Bezos, Mark Zuckberg, Michael Bloomberg, Ray Dalio, Jack Ma, Neil Shen, George Soros等等。我由衷的希望纯电动汽车能给能源结构和环境带来些改变，同时我十分看好氢动力汽车，也将不断关注。