近日，展示氢能愿景的“现代氢世界”在上海展出，展示了NEXO氢燃料电池量产车型与关键技术成果。
有些朋友产生了疑问，莫非中国选择了纯电动的新能源技术路线，而日韩选择了不同的氢燃料电池的技术路线，从此分道扬镳了？“未来的新能源汽车究竟是纯电动、混合动力还是燃料电池汽车的天下？”这个老问题是否又有了悬念？
借着这个老问题，我分享一下自己的观点：
不同技术路线的商业化速度，取决于技术成熟度、成本、便利性等工程技术因素，需要分析纯电动、混动、燃料电池的技术原理。
燃油车用(石油)燃料，电动车用电池；混动车二者都用，但燃料还是燃料，电池还是电池，二者通过机电方式耦合起来。
那么问题来了，“燃料电池”(Fuel Cell)是个啥？
燃料电池技术原理
一、能量的元素载体
从能量密度角度进行分析：
铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池，元素载体从铅到镍再到锂，能量密度显著提高，那么未来会不会还有更好的电池元素载体呢？
电池能量密度不断提高，锂离子电池是铅酸电池的4倍左右
要回答这个问题，首先要认识到：无论是内燃机烧油还是锂电池放电，都是通过原子最外层电子的转移来释放能量，也就是氧化还原反应。
氧化还原反应中，内层电子就是典型的懒汉，光吃饭不干活。所以，提高效率的思路也很简单：不干活的懒汉电子比例越少越好！
打开元素周期表：容易找到铅(Pb)在第6排，有5层不干活的电子；镍(Ni)在第4排，有3层不干活的电子。这就从原子的角度决定了：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池的能量密度潜力都是有限的！
电子层数多的元素，恐怕是没什么前途了。咱们还是从元素周期表的前2行来找潜力股：氢氦锂铍硼、碳氮氧氟氖。
知乎高赞同神文分析指出：氧与氟都是氧化剂，排除；氦、氖、氮都是惰性或准惰性气体，排除。那么就只剩下锂、铍、硼、碳、氢，它们的勤劳电子比例(电子转移数/原子量)分别为14%、22%、28%、33%、100%。
元素周期表虽然很大，但适合作为能量载体的元素不多啊！
用于纯电动的锂(14%)：把锂挑出来做成充电电池(Rechargeable Battery)，用于纯电动汽车。勤劳电子比例只有14%，难怪能量密度低。
用于内燃机的碳(33%)与氢(100%)：生命活动与地质运动，沉积出以碳与氢元素为元素主体的石油，人类开采后，用于内燃机汽车。碳的勤劳电子比例是33%，已经不低了，但还是拖了氢的后腿；更严重的是，碳在氧化后会产生温室气体二氢化碳。
用于氢燃料电池的氢(100%)：有没有比锂、比碳 氢更完美的元素载体呢？有的，那就是较完美的能量载体氢气，用于氢燃料电池汽车。根据相关参考数据显示，氢还是宇宙中、地球上丰富的元素，占宇宙质量的75%、宇宙分子的90%、地表的70%。
从能量元素载体的角度来看，氢燃料电池技术虽然大器晚成，但它生而不凡。
二、“燃料”属性：能量密度高、加氢速度快
所谓燃料，是指能量转换系统从外部获得的实物能量载体。
从这个角度来说，燃料电池与内燃机相似，需要从外部输入实物能量载体，这也是为什么被称为“燃料”电池。不同的是，燃料电池需要的是清洁的氢气，内燃机需要的是化石能源。
目前制约纯电动汽车发展的最主要的两个问题是：能量密度低、充电速度慢。与之相比，正因为“燃料”属性，这两点对于燃料电池来说都不是问题：
能量密度高：氢气的能量密度比锂电池高上百倍，甚至比石油的能量密度更高。
加氢速度快：加氢与加油都只需要三五分钟，体验相仿。如此一来，车主就不必到处找充电桩，免去充电等待的时间了。例如现代NEXO氢燃料电池车，只需要加氢3-5分钟就可以续航800km。
三、“电池”属性：效率高、无污染、可再生
如此说来，在续航与充能方面，氢燃料电池车与传统燃油车，真的很像！ 只不过一个是烧油，一个是烧氢。
当然，二者原理不同，前者是热力学过程，受制于卡诺循环效率上限；后者是电化学过程，因此也被称为“电池”。
正因为“电池”属性，燃料电池又具有新能源汽车的特性：
无污染：氢气 氧气→水。不仅没有氮氧化物这种有毒气体，就连二氧化碳都没有啊！正因为这个特性，现代NEXO被称为“100%无公害车辆”。不仅仅是运行时无污染，它甚至还能净化空气：氢燃料电池在从大气中获取氧气的过程中，可以净化99.9%的可吸入颗粒；1辆NEXO每行驶1小时，可净化26.9kg空气，相当于43名成人1小时呼吸的空气车。
当然，这一点与电动车碳排放的争议相似，从全生命周期的角度来看，制氢是免不了有碳排放的。目前的主流观点是：即便是考虑70%的火电，纯电动车的碳排放还是优于燃油车，氢燃料电池车则与纯电动相当或更好。可再生：除了工业副产品制氢之外，还能通过煤制氢、利用谷电电解水制氢等途径，全生命周期效率要优于汽油柴油。退一万步讲，能源效率还不如汽油柴油，但氢能源作为可再生能源，对石油对外依赖很强的东亚中日韩来说，依然是很有吸引力的选项。
高效率：最高效率不受卡诺循环限制，实际效率比内燃机高。
移动电站：目前部分电动汽车已经有向外输出电力的功能，实际上就扮演了移动储能电站的功能；而氢燃料电池车则更进一步，不仅能储能，还能清洁发电。10万辆现代NEXO就相当于一座核电站了。
四、当前燃料电池技术的不足
讲到这里，大家可能会有点迷糊了：燃料电池有“电池”属性，所以新能源汽车该有的优点，它都有；燃料电池有“燃料”属性，所以纯电动车的续航短、充电慢的缺点，它都没有。
那么问题来了:如果燃料电池一身都是优点，那为啥它的产业化进程，要比纯电动慢5-呢？
原因就在于，燃料电池虽然在技术原理上比较完美，但在工程实践上还有若干关键问题有待解决：
车载储氢技术：氢气的能量密度不低，但氢气在常温常压下是气体，要压缩成液体运载，所需要的储氢系统就不简单了。
燃料电池技术：例如膜电极、空压机、催化剂技术等，不仅技术上需要进一步突破，成本与产业链也有待成熟。
加氢基础设施：加氢站的建设难度、成本比充电桩还高。
燃料电池与锂电池是你死我活的竞争关系吗？
了解原理之后，回到提问本身。题主问将来到底是谁的天下，潜台词就是将不同技术路线给对立起来了，仿佛互相之间是你死我活的竞争关系一样。
事实真的如此吗？这个话题可以从技术路线、应用场景、产业战略3个角度来简单分析一下：
一、技术路线水乳交融
如下图所示，燃油车单独依靠内燃机工作，纯电动单独依靠锂电池 电机工作，但燃料电池并不能直接输出机械能驱动车轮。
典型的燃料电池汽车，一般都要配备一套完整的锂电池 电机系统，才能将燃料电池输出的电能进一步转化成机械能，驱动车轮工作。
听到这里，大家是不是觉得有点耳熟，这不就是串联式混合动力汽车吗？事实上的确如此，大部分氢燃料电池汽车都采用了串联式混合动力的构型，有时候是锂电池大点、燃料电池小点；有时候是锂电池小点、燃料电池大一点。
不同场景下，锂电池与燃料电池功率配比不同
进一步的，串联式混合动力(Series Hybrid Vehicle)又被称为“增程式电动汽车(Range-Extender EV)”(例如理想智造ONE)，原因就是串联混合动力车无论在技术原理、驾驶感受还是使用习惯上，其实很接近纯电动车。
从技术上来说，原来氢燃料电池汽车与混动车、纯电动车有这么深的渊源啊！如果一个企业说只专注于氢燃料电池汽车，从不储备任何混动技术，那可就要警惕了：你打算怎么让燃料电池驱动车呢？
讲到这里大家是不是觉得很有意思？ 外行人在争论咱们是应该发展纯电动，还是发展氢燃料电池；而行业技术人员从未将三者对立起来，反而是你中有我、我中有你，水乳交融。
这不禁让我想到一个画面：
锂电池与燃料电池都成亲了，我们为何还要争论它俩谁死谁活的问题呢？截图自周星驰主演影片 大话西游之大圣娶亲
二、应用场景各有所长
前文已经从原理上分析了锂电池与燃料电池各有优劣，这就决定了它们适用于不同的应用场景：
燃料电池能量密度高，但加氢站建设不易、占用车辆空间较大，因此更适用于长途场景、固定线路场景的中重载货车或客车等商用车，或者是大型乘用车。
锂电池能量密度低，但充电桩建设灵活性高(家用停车位就可以安装)，因此更适用于中短途乘用车。
诚然，放长远眼光来看，锂电池技术与燃料电池技术都会持续进步，各自的劣势也会逐步克服。但是，在可预见的未来里，两种技术的优劣对比不会发生根本性改变，因此二者都会在各自的应用场景里蓬勃发展，而并不是对立与替代关系。
三、产业战略定位不同
在电动汽车兴起之时，我们已经有了一个成熟而强健的电网。发展电动汽车，落脚点就是汽车行业本身 —— 希望人们未来出行减少对石油的依赖，实现节能减排。
发展燃料电池的战略思考则有所不同。曾有人问：燃料电池汽车再好，但发展它必须要重新建立一个像电网那样的氢能网络，这是不是有点小题大做了？
的确，建设这样的氢能网络工程量巨大，甚至比变革汽车行业本身还难，那我们为什么还要考虑这么一个曲线救国的新能源技术路线呢？
答案是：建设氢能社会并不是为燃料电池汽车服务的配角，氢能战略本身就是一个完整的产业战略，发展燃料电池汽车是贯彻氢能战略的最佳抓手。
如下图所示，用于交通领域的燃料电池系统虽然数量上所占比例不大，但在装机瓦数上已占主导地位。因此，从产业的角度来看，引导新能源汽车发展、以燃料电池汽车为战略抓手，就间接贯彻了整个氢能战略，何乐而不为呢？
以@现代汽车作为主要角色参与的韩国2050氢能源蓝图为例，在未来的氢能社会中，氢能不仅仅用在燃料电池汽车上，还将应用到发电、工业、建筑等各个领域。氢能战略并非韩国在唱独角戏，实际上包括中日韩在内的整个东亚都在配合实践。
图片来源
经过以上分析，结论就呼之欲出了：由于技术路线互相交融、应用场景各有所长、产业战略分工不同，纯电动、混合动力、燃料电池三种技术路线会长期并存发展，而不会出现某个技术路线一统江湖的局面。
跨国汽车集团采用哪个技术路线？
从整个产业的角度来说，三个技术路线并存发展。那从单个汽车企业的角度来说，他们会倾向于采用哪个技术路线呢？
答案也很简单：小公司才做选择，大公司我全都做！
九品芝麻官才做选择，豹子头说我全都要 截图自周星驰主演影片 九品芝麻官
譬如，大众汽车集团旗下奥迪品牌的新能源技术路线规划如下：有纯电动、有插电混动也有氢燃料电池，三种技术路线长期并存、协同发展。
又如，另外一家很有代表性的著名汽车集团的技术路线如下：同样地，有纯电动、有插电混动也有氢燃料电池，三种技术路线长期并存、协同发展。
说起氢燃料电池技术的具体企业，大家容易想起来加拿大、日本。实际上，咱们的邻居中还有一位实力强劲的大玩家，那就是韩国的 @现代汽车。用三个点来简单介绍 @现代汽车 的氢燃料电池技术与产品。
一、量产车：第一代最早一批，第二代NEXO性能更强
据现代汽车集团新能源技术开发总负责人李起相所述，现代汽车于推出的ix35 FCV是全球最早的量产氢燃料电池汽车之一。推出的第二代NEXO氢燃料电池量产乘用车，在续航距离、储氢水平、电机功率等关键性能上均占据明显优势。
现代NEXO氢燃料电池汽车性能参数及研发上市时间对比
现代NEXO氢燃料电池
二、多种技术路线齐头并进
与前文举例的两个大型汽车集团相仿，现代汽车作为韩国汽车行业领导者，也规划了纯电动、(插电)混动、氢燃料电池三种技术路线长期并存、协同发展的产业战略。
三、从汽车新能源战略到氢能社会战略
在整个氢能战略中，@现代汽车 的计划并不仅仅局限在汽车行业的老本行里。现代汽车集团首席副会长郑义宣表示：「作为全球氢燃料电池汽车商用化生产的优秀企业，我们将把业务拓展到汽车运输行业以外」。
目前，国际氢能委员会(Hydrogen Council)的会长企业就由现代汽车联席担任，其迈向氢能社会的决心可见一斑。若此战略实施顺利，现代汽车对乃至东亚的影响力将大大增强。
参考
Nitta N, Wu F, Lee J T, et al. Li-ion battery materials: present and future[J]. Materials today, , 18(5): 252-264.
/question/23527698/answer/24852443
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/intro/companyDetail40/1325
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