氫作為一種無色、無味的氣體，廣泛的分布于地球的地表、地幔、地核和大氣層中，是宇宙中最為重要，質(zhì)量最輕，最為清潔、最為豐富元素之一。
氫主要以化合物形式生存，最突出表現(xiàn)是水，氫占水總質(zhì)量1/9，如果用電解水制氫，能量密度很高，其效率可達80%；氫還生存于一些礦物質(zhì)中，如綠柱石，鋰電氣石，頑火輝石的結(jié)構(gòu)中，多以極少量氣態(tài)生存；氫還分布于地球不同氣層中，含量隨高度不同，也有少量的氫氣存在；更有趣的是氫氣還是生命組成的一種元素，在人體中有81種元素，氫占10%，僅次于氧和碳，居第三位，所以氫也可稱得上一種有機物的物種。
氫還有一個重要作用，即氫的同位素將對正在開發(fā)和試驗的核聚變電站提供基礎(chǔ)原料，我們曾用“氕”表示氫，它的同位素“氘”“氚”，也叫重氫，資源極為豐富，而且無輻射危險。大家都知道，人們先發(fā)明原子彈，后來又發(fā)明氫彈，實際上是核裂變和核聚變的理念和應(yīng)用的革命性變化。歐盟認為到2035年核聚變電站可以投入商業(yè)化應(yīng)用，我國專家認為到2040年有可能投入應(yīng)用，目前我們和美、英、法、日、德等國家已多年組成聯(lián)盟，共同開發(fā)核聚變電站。可以預(yù)言如果核聚變電站投入應(yīng)用，那時用電幾乎不用花錢，太便宜了，而且很安全，沒有放射性，非常干凈、無害，被稱為“仿造太陽的工廠”。
氫在人為狀態(tài)下形成三種形態(tài)：氣體氫：這已成為氫的常態(tài)，是衡量氫物理和化學(xué)質(zhì)量的標準形態(tài)；液態(tài)氫：目前多用高冷卻方法形成的，要在零下253℃時，可促使氫液化，如現(xiàn)在太空火箭上的推動燃料就是用液態(tài)氫；固態(tài)氫：在超高壓下，促使液氫向具有導(dǎo)電金屬特性的固態(tài)氫出現(xiàn)，所以也叫金屬氫，它具有很好的超導(dǎo)性和超級能量，在航天、航空和軍工上有特殊用途，民用工業(yè)也有很好用途。
氫的備制歷史也是很長，而且方法非常多樣化，因時因地而宜，同時要求要不斷改進創(chuàng)新之中。有電解水制氫、水煤氣法制氫，、石油熱裂合成和天然氣熱合成制氫、焦?fàn)t和煤氣冷凍制氫，電解食鹽水的副產(chǎn)氫、釀造工業(yè)發(fā)酵制氫、甲醇裂解吸附制氫、鐵與水蒸氣反應(yīng)制氫等。當(dāng)代比較新的制氫方法，如生物質(zhì)制氫，微生物酶制氧、海水淡化制氫，可再生能源，如風(fēng)能、太陽能、水能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽馨l(fā)電制氫，如我國已建成海水淡化工程103個，總規(guī)模90萬噸/日，并推廣淡化水制氫示范工作。
氫的儲存，包括民用和工業(yè)用氣源以及交通工具，如FCEV氣源的存儲方式，有加壓氣態(tài)儲存，目前國際上FCEV儲氫罐壓力達70Mpa已比較常用；液態(tài)儲氫，對儲氫罐技術(shù)要求高，罐內(nèi)溫度和外面溫度相關(guān)很大，內(nèi)部容器構(gòu)造復(fù)雜，防止產(chǎn)生熱漏，在FCEV上也有選用；金屬氫儲存是應(yīng)用氫和多種不同金屬化合之后生成金屬氫化物，如鋁、釩、鎂、稀土系等，這種方法具有較大儲氫容量，單位體積儲氫密度好，儲氫循環(huán)壽命長，成本低；還有非氫化物儲存，如氮、硼、硅、甲醇等氫寄存其中，當(dāng)化合物化解時放出氫，比較新型的納米碳儲氫，在碳微孔中存儲大量氫，是一種有前景的儲氫手段，還有碳納米管電化儲氫，已證實具有較高儲氫量，具有良好應(yīng)用前景，在FCEV都在選擇之中。
氫氣輸送和加注。氫的運輸對氣態(tài)和液態(tài)已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。由于用戶和要求不同，氫氣可以用管網(wǎng)，也可與天然氣輸送管共用，還有通過儲氫容器裝在車、船上，管網(wǎng)適應(yīng)于量大的需求，船運、車運則適應(yīng)分散的場合。
當(dāng)前，對FCEV推廣來說主要是建設(shè)加氫站問題。世界上第一座FCEV加氫站是1999年5月在德國慕尼黑機場建成。目前國際上已有加氫站主要以水電解制氫為主，少部份采用天然氣水蒸氣重整制氫，也有的是運氫到加氫站的。到2016年1月全球已設(shè)立290座，其中日本28座、歐洲97座、美國75座、韓國80座、中國4座、澳大利亞1座。中國加氫站分布在北京、上海、廣州、鄭州，今后將會在FCEV示范區(qū)建設(shè)加氫站，2017年中科院大連化物所與同濟大學(xué)發(fā)明以風(fēng)能與太陽能結(jié)合制氫的加氫站，每日可供200臺FCEV續(xù)程800公里的需求。美國海德利森已到國內(nèi)設(shè)立移動式加氫站業(yè)務(wù)，尋求合作建氫站。預(yù)計到2020年全球?qū)⒊霈F(xiàn)5200座加氫站，比目前的增長18倍，以適應(yīng)發(fā)展FCEV的需求。
據(jù)Persistence市場研究公司預(yù)測，到2020年全球氫氣需求量將從2013年的2553億立方米，增加到3248億立方米，增長27%，其中特別是中國，將是全球氫能需求和生產(chǎn)第一大國。
氫能有這么多優(yōu)勢，但人們對氫能安全仍有擔(dān)心，認為氫能屬于一種易燃爆氣體，特別是擴散度相當(dāng)?shù)目欤?dāng)和空氣接觸時，形成混合氣體，燃爆極限更寬。為此我專門請教了有關(guān)專家，得到答案，是認為氫氣燃燒時容易快速噴發(fā)，但屬直線式形態(tài)而逃逸，不像汽柴油那樣燃燒后，不易疏散滯留性大，停留散發(fā)在原地帶，所以氫燃燒危險不比汽柴油燃燒高，同時近來人們對氫的制備整個過程的泄漏、靜電、電氣防爆、脆化等不安全因素，大力進行改進，在實用中已取得比較好的安全驗證。如本田2017年的Clarity已開始在日本本土和美國出售，燃料電池的3個儲存罐嵌在底盤架上，這樣雖然對車輛底部振動，環(huán)境惡劣，容易受碰撞，他們認為在技術(shù)上已得到反復(fù)測試可以放心使用，而客車多把氫罐放在車頂，出事故時對車內(nèi)影響不大。但車企認為盡管有了這些安全舉措，對氫能安全問題仍不能自滿，仍作為全產(chǎn)業(yè)鏈的安全舉措，持續(xù)不斷改進，不斷提升安全可靠的水平。
●圍剿燃料電池系統(tǒng)的瓶頸
燃料電池作為FCEV的動力是其核心組成部分，某種程度說燃料電池的創(chuàng)新水平，將決定著FCEV的產(chǎn)業(yè)化歷程。
有人以為燃料電池以“燃”字當(dāng)頭，是否由于燃燒資源而獲取能量的，其實不是，燃料電池是依賴其裝置中的氫氣和吸取空氣中的氧氣，通過化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。
當(dāng)代，燃料電池按照其電解質(zhì)，工作溫度和不同用途，劃分為五種類別產(chǎn)品。即堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、和質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），在FCEV上幾乎全部應(yīng)用質(zhì)子交換膜燃料電池。這是因為：它的熱質(zhì)量效率高，在理論上達83%，實際上已接近70%，它的電堆層面均是固體結(jié)構(gòu)，在車載各種條件下，和整車相應(yīng)結(jié)構(gòu)變形時，不受振動因素影響；它相對于其他燃料電池的工作溫度是最低的，處于40-80℃之間，對車輛的環(huán)境適應(yīng)性好；多少年來的創(chuàng)新努力，其關(guān)鍵的材料和零部件質(zhì)量與水平已取得突破性進展，應(yīng)用條件趨于成熟，成本大大下降，很有利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
對PEMFC來說當(dāng)前最為突出的核心技術(shù)。如碳載體的催化劑是構(gòu)成燃料電池應(yīng)用的離子導(dǎo)電性，電池密度強度，電化學(xué)的效率和穩(wěn)定性，以及電堆壽命有著很大關(guān)系，而催化劑上多用貴金屬，如鉑、釕，開始時，這已是四、五十年前時候，鉑用量是5mg/cm2，到上世紀90年代降到0.5mg/cm2，當(dāng)前更進一步的降到0.2mg/cm2，日本業(yè)界稱他們的PEMFC鉑用量可降至0.1mg/cm2，這已和內(nèi)燃機排放三元催化器鉑用量相等同，近來美國業(yè)界稱擬研發(fā)不用貴金屬，用一種石墨烯或二硫化鉬材料替代，成本可大量下降，對產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用很必要；如質(zhì)子交換膜，在電化學(xué)的應(yīng)用上和催化劑性質(zhì)有很多相同之處，同樣構(gòu)成關(guān)鍵因素，它和其他燃料電池的電源隔膜很大不同，它不只是一種隔膜材料，更是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)的基底，通常的電池隔膜是屬于多孔的，而質(zhì)子交換膜是一種可選擇性透過膜，幾乎為國際上膜企業(yè)所壟斷。近日開展的汽車論壇上，專家認為我國對質(zhì)子交換膜燃料電池有了很大進步，但關(guān)鍵材料和零部件的國產(chǎn)化率還低，現(xiàn)在在50%左右，力爭2020年達到70%，我們在一些關(guān)鍵的材料和零部件上還處于“新手”狀況，急需提升。
當(dāng)前我們的FCEV已經(jīng)歷了不短時段堅苦努力，在科技上有了很大進步，但在產(chǎn)業(yè)總體上仍處于萌芽狀況，專家認為不要再犯慢步走毛病，跟隨著、分散化、同質(zhì)化老毛病，則有可能會陷入“中等收入陷阱”中，這樣可能對FCEV發(fā)展很不利。為此我們要認真學(xué)習(xí)習(xí)總書記關(guān)于科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的重要論述。習(xí)總書記說“我們必須認識到，從發(fā)展主導(dǎo)國家命運的決定 性因素是社會生產(chǎn)力，和勞動生產(chǎn)率，只有不斷的進行科技創(chuàng)新，不斷的解放社會生產(chǎn)力，不斷的提高勞動生產(chǎn)率，才能實現(xiàn)經(jīng)濟社會持續(xù)健康的發(fā)展，避免陷入“中等收入陷阱”。這很深切的告訴我們，創(chuàng)新科技目的是要加快轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力。為了加速發(fā)展我們的FCEV事業(yè)，必須緊緊抓住科技創(chuàng)新的“牛鼻子”，從氫能和燃料電池的核心帶，從FCEV整體的產(chǎn)業(yè)鏈特色和國情出發(fā)，大力加強科技創(chuàng)新驅(qū)動力，大力加強對材料和核心零部件的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用，使之盡快盡好的把科技轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力和社會勞動生產(chǎn)率上，這也可以說是實行FCEV發(fā)展供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的一個關(guān)鍵點。
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