燃料电池技术不是一项新技术，它的基础原理是19世纪）末由科学家发现的，20世纪）60年代末被应用于汽车。当时，燃料电池汽车的性能和制造成本无法与当时装有汽油发动机的汽车相比。随着燃料电池技术的逐渐完备和汽车厂商对燃料电池汽车研发的不断投入，终于在2021年量产并投放市场了两款燃料电池车型，分别是现代途胜FCV和丰田Mirai）未来组合。以上两款车型的量产，确实把人们带入了燃料电池汽车的新时代。本文将介绍燃料电池汽车的发展和现状，希望我们大家对这个新事物有更深的了解。
2021年6月10日，量产的现代途胜FCV正式登陆加州市场。该车型通过租赁方式出租，月租金为499美元。该车于今年5月在英国上市，售价为53105英镑，减去15000英镑的政府补贴。用户只需38，105英镑就能购买一辆现代途胜FCV燃料电池汽车。
丰田Mirai未来组合于2021年12月15日上市，试图复制丰田普锐斯）的成功。Mirai未来组合在日语中的意思是“未来”。丰田放在Mirai未来组合车型上的是它对新能源汽车未来的愿景。丰田在混合动力汽车市场取得了一些成功，它希望利用Mirai未来组合车型开发燃料电池汽车的新蓝海。
与现代途胜FCV相比，丰田Mirai未来组合在动力性能和续航能力上有一定优势。两车动力系统的输出功率已达到甚至超越了1.8升自然吸气汽油机的水平，400多公里的续航能力让两车具有非常好的实用性。
以丰田Mirai未来组合为例，简要介绍燃料电池汽车的结构。丰田Mirai未来组合是氢燃料。在燃料电池中，氢气在催化剂的作用下与氧气反应产生电能。“燃烧”后的氢气会变成水，反应过程理论上无污染。丰田Mirai未来组合的氢燃料储存在碳纤维制成的高压储氢罐中，分别位于底盘的中部和后部，总体积为122.4升，充一次氢大约需要3分钟。
燃料电池位于前排座椅下方。燃料产生的电能直接驱动位于发动机舱内的电机。电机能量回收获得的电能将通过动力控制单元储存在车辆后部的动力电池中。
下面的视频展示了底盘和电池系统的安装，这是丰田Mirai未来组合装配过程中最关键的部分。我推荐你看。
要查看更多关于丰田Mirai未来组合制造流程的视频，请点击以下超链接查看:装配线概述和零件选择、车辆附件流程展示、最终装配流程展示、质量控制和质量检验展示。
只要向燃料电池持续供应氢气和氧气，就能持续获得电能，其产物理论上是完全无污染的水。从丰田Mirai未来组合的身上，我们似乎可以窥见“只有蓝天，没有雾霾”的未来环境社会场景。你可能不知道的是，燃料电池技术的基础原理是在19世纪末被发现的。
上述装置①为气体电极电池，装置②为电解水装置。实验装置是为了验证气体电极电池产生电能。阴极和阳极上的具体化学反应方程式如上图所示。气体电极电池的工作原理为燃料电池的诞生奠定了理论基础。
目前最新的燃料电池车大多采用质子交换膜燃料电池，结构图见上图。图中阳极是氢燃料被氧化的地方，阴极是氧化剂被还原的地方。两极均含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质将氢离子传导至阴极。虽然质子交换膜燃料电池技术比威廉·罗伯特·格罗夫的气体电极电池晚出现一百多年，但其内部化学反应原理是一致的。
我不认为大多数消费者想拆开他们的燃料电池汽车的燃料电池来看看它们在里面是如何工作的。对于普通消费者来说，我们只必须了解到燃料电池汽车的燃料电池所需要的燃料是氢气和氧气，发电的产物是无污染的水。
20世纪50年代，通用电气公司赞助了PEMFC质子交换膜燃料电池的研究。20世纪60年代，在NASA、常规使用的寿命长、噪音低、室温启动等诸多优点，为该技术在汽车上的应用铺平了道路。
此后，丰田、本田、通用等汽车厂商用以展示技术实力的燃料电池汽车产品雨后春笋般涌现。1995年，美国《时代》杂志将燃料电池汽车列为21世纪十大高科技。日本、德国等发达国家开始大力投资发展燃料电池技术。这种完全零排放的燃料电池技术，对于各大汽车厂商来说，是一片极具潜力的工业蓝海。
对于燃料电池的自主研发，丰田起步早于戴姆勒-奔驰。丰田从1992年开始研究燃料电池，这个研究项目几乎与丰田普锐斯混合动力汽车项目同时启动。
经过六年多的量产，丰田Mirai未来组合于2021年12月15日正式在日本上市。为了提振日本经济，现任日本首相安倍晋三全力支持燃料电池汽车和燃料电池产业，并加大对这些产业的补贴力度。
十几年前，一辆燃料电池汽车的成本接近1.2亿日元，但现在丰田Mirai未来组合仅花费723.6万日元，不包括225.3万日元的政府补贴和税收减免，用户只需支付498.3万日元就能驾驶完全零排放的丰田Mirai未来组合回家。
丰田开放燃料电池专利后，不仅让免费使用专利的企业受益，也让丰田受益。通过开放专利，丰田将能够把对燃料电池汽车领域感兴趣的企业带入自己的阵营，壮大自己的力量，共同扩大市场。其次，当其他公司使用丰田的专利制造自己的燃料电池汽车时，当有一天丰田的技术升级了，但技术没有开放时，那些原本使用免费专利的公司只能从丰田购买专利来升级产品。再次，通过开放专利，更多企业沿着丰田燃料电池技术路径开发燃料电池汽车产品，使得采用其他技术路线的企业孤立无援，最终失去竞争力。
除了上面提到的几款车型，其他厂商的燃料电池汽车产品大多处于试验阶段，暂时没有量产上市的消息。
燃料电池汽车零排放无污染，能够说是环保汽车的终极形态。但目前其燃料的规模化环保技术还不是很成熟。传统的制氢工艺是通过电解水获得氢气。但是，如果用来电解水的电能来自烧煤发电，就会有碳排放，燃料电池汽车就失去了存在的意义。
此外，基础设施建设也是燃料电池汽车发展的障碍。没有人会买一辆没地方加油的车。因此，基础设施建设和制氢技术对燃料电池汽车的普及有着至关重要的影响。
与现在市场上成熟的混合动力汽车相比，燃料电池汽车的使用环境并不成熟，其优势也没有正真获得充分体现。目前，混合动力汽车和纯电动汽车将是市场的主流。燃料电池汽车、混合动力汽车和纯电动汽车的优缺点如下图所示:
在中国，充电桩和氢加气站的不完善极大地限制了我国纯电动汽车和燃料电池汽车的发展。作为大力倡导建设氢能社会的日本，积极发展可再生资源制氢技术，加大氢加气站基础设施建设，已成为拉动日本经济、促进产业升级的重要方向。
面对丰田Mirai未来组合燃料电池汽车掀起的燃料电池汽车量产浪潮，各大厂商如何能坐视不理，寻求合作伙伴一起发展，确保自己在燃料电池汽车技术领域不至于落后太多？
这种强强联合、团队竞争的格局，也将加速燃料电池汽车的量产和普及进程。其实研究燃料电池汽车的车企远不止上述这些，但凡是有点实力的厂商都涉足燃料电池领域。不同的是，并不是所有的厂商都能把研发成果延伸到量产产品上。
事物的发展总是波浪式前进，螺旋式上升。与传统的内燃机汽车相比，燃料电池汽车是一个新事物。它颠覆了汽车的传统动力源，自来到这样一个世界就受到了各行各业的质疑。
奥迪公司首席执行官马丁·温特科恩和特斯拉首席执行官埃隆·马斯克都质疑丰田Mirai未来组合燃料电池汽车的经济可行性和环境安全性。他们都以为丰田在混合动力/插电式混合动力汽车市场发展良好，在一项经济可行性尚未得到验证的技术上投入过多资源，会削弱其核心竞争力。
丰田汽车公司现任总裁丰田章男不相信这样的一个问题。他认为，混合动力/插电式混合动力汽车和燃料电池汽车有空一起发展的空间。17年前，业界对丰田普锐斯提出了很多质疑。然而，17年后，普锐斯销量700万辆，是汽车百年历史上唯一的车型，也是最环保的车型。丰田普锐斯可以成功，丰田Mirai未来组合有机会成功！
丰田的坚持和执着，加上当前日本政府对燃料电池汽车及相关产业的全力支持，为燃料电池汽车在日本的普及铺平了道路。日本将变成全球上最早普及燃料电池汽车的国家之一。
上世纪末，上海李绅科技公司和大连新源动力公司承担了“九五”国家重点863科技攻关计划“质子交换膜燃料电池动力系统”的研发，并获得多项专利技术，为同济、清华大学研制的燃料电池汽车提供燃料电池动力系统。
从数据来看，我国燃料电池汽车的研发实际上开展的比较早。一些车企也与大学合作制造了一些展示车，包括轿车和公交车，但最终形成量产产品的车型并不多。大部分展示车只是作为大型会议的嘉宾接车，受欢迎程度比较低。这与国内基础设施和政策导向有关。
总结:在新能源汽车行业，丰田Mirai未来组合和现代图森FCV实现了量产，将人们带入了燃料电池汽车的新时代。随着氢燃料制备技术的快速突破和燃料电池汽车制造成本的降低，燃料电池汽车革命将一举成功，传统汽车行业将迎来更新洗牌的时代。否则，燃料电池汽车将继续是汽车行业的少数，被更新的技术所取代，成为时代的孤儿。无论如何，作为一个有远见、有勇气、有信心的企业家，既然看到了燃料电池汽车领域的曙光，又怎么能放弃孤注一掷的机会呢？也许燃料电池汽车的成功指日可待。
