对于火热进行中的2024巴黎奥运会选择丰田Mirai氢燃料电池车作为官方用车的决定，朋友问起如何评价？小星认为这是一把双刃剑，但总体来说弊大于利，因为没有展示出低碳出行的多样性。结合北京2022冬奥会的经验借鉴意义来看，这一选择也有待商榷。
↑巴黎奥运选择丰田氢燃料电池作为官方用车
什么是氢燃料电池
燃料电池是一种能量转化装置，它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置，因此被称为燃料电池。对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因此反应过程既清洁，又高效。因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制。氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。
↑氢燃料电池汽车示意图
氢燃料电池并不像火箭那样通过氢气和氧气燃烧的剧烈反应产生动能，而是通过催化装置将氢气中的吉布斯自由能释放出来。打个比方，石墨和钻石都是碳的存在形势。但是形成钻石需要高温和高压。因此这种形态转化就代表不同的吉布斯自由能。
吉布斯自由能是涉及熵和焓等理论的电化学能。是不是觉得很高深难懂？我们直接看动画吧。
↑氢燃料电池工作原理
氢燃料电池工作原理是氢气通过燃料电池的正极当中的催化剂（铂）分解成电子和氢离子（质子）。其中质子通过质子交换膜（Proton Exchange Membrane）到达负极和氧气反应变成水和热量。对应的电子则从正极通过外电路流向负极产生电能。
什么是氢燃料电池的技术关键
↑氢燃料电池关键部件
对于氢燃料电池的商用来说，最大的挑战之一就是成本控制。燃料电池汽车目前的成本是普通汽车的5倍左右。其核心部件被称为质子交换膜。它能够将氢气中的电子分离成为质子，进而从正极交换至负极和氧气进行反应产生水和热。相应的，质子交换膜的核心就是催化剂铂。而铂是一种贵金属，也就是通常婚戒的材料铂金。为了推动大规模商用，一方面必须减少催化剂的用量，另一方面是寻求低成本的替代材料。
氢燃料电池汽车的系统组成
↑氢燃料电池汽车系统组成（来自丰田）
谈到氢燃料电池汽车，目前主流采用的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术。其系统组成通常为燃料电池堆、氢气储罐、动力电池、燃料电池直流升压转换器、动力控制单元和动力电机组成。目前领先的燃料电池堆的功率密度可达3.1kW/L，最大输出功率可达114kW。由于每个燃料电池单体输出电压只有0.6~0.7V，因此需要配合直流升压转换器和动力电池使用。从而让电压可以适配650V高压，驱动动力电机。同时类似动力电池需要电池管理系统BMS，燃料电池也需要精密的监控管理系统FCMS，通过放电状态快速调整反应相关参数。为了储存氢气，一般采用70MPa高压氢储罐。
氢燃料电池汽车市场应用如何
↑丰田纯电动汽车和氢燃料电池汽车发展路线
此次丰田为巴黎奥运会提供了500辆氢燃料电池汽车作为出租车车型，它就是丰田MIRAI。针对长里程应用，丰田专注氢燃料电池汽车的开发。并且通过长期投入，丰田氢燃料电池汽车Mirai的售价已压低至40万量级。虽然仍然很昂贵，但已属业界标杆。
↑丰田氢燃料电池汽车Mirai
从丰田氢燃料电池汽车Mirai的剖面展示可以看到，燃料电池堆放置在车身中部驾驶座的下方。氢气储罐则在传统油箱的位置。与大部分的丰田混动车型相同，后备箱放置了配套的动力电池，动力电机和功率控制单元位于前舱。
↑丰田氢燃料电池汽车Mirai剖面展示
除了乘用车，丰田还商用了日野氢燃料电池大巴，从剖面示意图可以看到多个氢气储罐被放置在大巴前部上方。同时燃料电池堆和动力电机电池等部件则位于大巴的后方。其中大量技术甚至部件复用自燃料电池乘用车Mirai。
↑丰田氢燃料电池大巴剖面示意图
优点：
环保性能：丰田Mirai作为氢燃料电池车，其尾气排放仅为水蒸气，真正做到了零排放。北京2022冬奥会大量使用了氢燃料电池巴士，成功展示了氢能在零排放交通工具中的应用，有助于减少城市污染。
↑北京冬奥会氢燃料电池大巴
续航能力：一次加氢可以行驶650公里，这在电动车中是一个相对较高的续航里程，减少了充电的频率，提高了使用的便利性。东京2020奥运会期间也使用了多款氢燃料电池车辆，证明了其在大型赛事中的实用性。
技术创新：氢燃料电池技术代表了汽车工业的一种未来发展方向，展示了丰田在这一领域的技术领先性和创新能力。奥运会作为全球瞩目的体育盛事，是展示新技术和推动环保理念的绝佳平台。
↑巴黎奥运制氢供给系统
缺点：
氢气生产：目前，氢气的生产仍依赖化石燃料，过程会产生大量的二氧化碳，这与氢燃料电池车的零排放理念有一定矛盾，导致其整体环保效益受到质疑。北京2022冬奥会的氢气生产也面临类似问题，解决之道是氢燃料电池和锂电池电动汽车双管齐下，保证足够的低碳出行多样性。
成本和基础设施：氢燃料电池车的成本较高，加氢站等基础设施还不够完善，这限制了氢燃料电池车的大规模普及。尽管东京2020奥运会期间日本大力推广氢能源，但基础设施建设仍是一个瓶颈。
↑东京奥运制氢供给系统
总的来说，氢燃料电池车在环保和技术创新方面具有显著优势，但也面临生产和推广的现实挑战。北京2022和东京2020的经验表明，在未来，如何平衡这些优缺点，将决定氢燃料电池车的发展方向和潜力。
