加一次油能跑1000公里，豐田的技術還領先中國幾十年？
**本文來自微信公號“瞭望智庫”（ID：zhczyj） 作者：**汪濤 上海析易船舶技術有限公司總經理
國務院總理李克強當地時間5月11日上午在日本首相安倍晉三陪同下，來到位於苫小牧市的豐田汽車北海道廠區參觀考察。
據媒體報道，豐田汽車特意將“最尖端”的汽車技術運到這一零部件廠展示給李總理，主要報道的技術有三個：多功能出行平台、自動駕駛、氫燃料電池車。網上同時還有一些説法，指豐田還擁有固態電池技術的純電動車，以及加滿油續航里程可達1000公里的汽車等。
在此我們不僅需要對豐田的尖端技術作一些評價，也需要澄清一些問題。
整個參觀過程幾乎就是李克強總理與研發人員的問答過程 本文圖片來自微信公號“瞭望智庫”
毫無疑問，經過了四十年改革開放，國內科技水平有了飛速進步，現在中國領導人去日本所看到的技術差距，與幾十年前鄧小平參觀日本時的技術差距遠遠不可同日而語。
客觀來説，日本豐田不僅在汽車技術領域依然保持世界領先，在生產製造上也有很多管理經驗為世界製造業所模仿。
例如為全球業界稱道的精益生產（Lean Production）、準時制生產（Just in time，也叫零庫存生產）等就是豐田公司創造的，甚至在生產管理上形成“豐田生產方式”的概念。
但是，隨着中國生產企業的大量崛起並向豐田等先進公司持續學習，現在中日之間的技術差距已經顯著縮小了。
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氫燃料電池車：豐田領先世界
首先來看多功能出行平台，這個事實上並不能算什麼新的技術，而是一種應用創新，是把共享乘車、商品零售、貨物運送等多種功能集成在一輛車上，這點毋庸多談。
自動駕駛技術，包括美國和中國在內的很多公司也都在做，而且中國公司起步並不晚，技術水平可以説與國外相差不大。我個人始終認為對“自動駕駛”這個概念需要仔細地進行區分，不要去搞漫無邊際的自動駕駛。要首先對技術載體進行嚴格的限定，例如地鐵進行自動駕駛相對就比較容易實現；然後是有限定條件的自動駕駛，現階段就想“一步到位”、實現在任意複雜城市路面上的無人駕駛，搞不好會成為又一個“第五代計算機”計劃（注：日本在20世紀80年代初提出，最後失敗的科技發展計劃）。
值得重視的是豐田的氫燃料電池車，豐田的確是這一領域的世界領導者。
業界普遍認為氫燃料電池車是終級的理想汽車技術，一方面原因是它在行駛過程中排放出的只是水，另一方面是氫氣是各種氣體中密度最小的，而燃料電池的氧化劑則是取自空氣中的氧氣（對比之下鋰電池氫化劑則存在於電池本身），可以説是隨時補給、取之不盡。事實上，一切燃料電池都具有類似的從空氣中獲取氧氣作氧化劑從而減輕重量的優點，例如各種金屬空氣電池等。傳統的燃油車能量密度較高，從而續航里程較長，事實上也是利用了這一點。所以，氫燃料電池的比能量密度在理論上是比較高的，每公斤氫氣的比能量密度可達約17千瓦時，這是現在鋰電池（以三元鋰電池來計算）的85倍左右。
在實際應用中，因為儲氫罐等需要佔一定重量，因此實際比能量密度會大幅度降低。總體上説現在整個儲氫系統效率在5%，也就是整個儲氫系統的總重量100公斤，實際儲存的氫氣是5公斤左右。這會使儲氫系統的能量密度比理論上降低到20分之1。但就算這樣，一次加氫5公斤，其儲存的能量也可使氫燃料電池車續航里程達到600公里以上，與傳統燃油車大致持平。
2018款的豐田Mirai（日文“未來”之意）一次加滿5公斤氫氣的續航里程可以達到700公里。加氫過程在時間上與燃油車也差不多，每公里燃料使用成本大約為0.5元人民幣，比燃油車略高一些。所以，如果從使用習慣和使用成本上説，氫燃料電池車與現在的燃油車很接近，接下來想要實現商業化普及，最關鍵的是要大量投資新建加氫站網絡。
豐田Mirai
當然，自然界並不存在廣泛可獲取的氫，而需要通過消耗一定能量生產製取。所以對“氫能”這個説法是需要謹慎理解的。在現實能源產業中，氫只是一種能量轉換的載體，而不是天然可開採的能源。生產氫的途徑很廣泛，且歷史很久，已經算是一個傳統產業了。以甲烷、甲醇、乙醇等很多化工原料為基礎都可以制氫，通過電解法也可以直接用水來制氫。業界期待的最理想境界是直接用簡單的方法以太陽能或風能等為能源，通過電解水逆反應，從水中生產氫，這樣全流程就非常環保了。
氫燃料電池車的核心是氫燃料電池系統，這裏面有兩個關鍵性的技術。一是氫燃料電池，二是氫的儲存。在這兩個方面，豐田公司的技術的確都是世界最領先的。
氫燃料電池最核心的是催化反應部分，它將自帶的氫氣與取自空氣中的氧氣經過電化學反應產生電。催化反應需要用到極為昂貴的金屬鉑，這種金屬每年全球產量只有200噸多一點，比黃金還要稀少得多。要降低燃料電池的成本，從技術上説關鍵是要儘可能減少鉑的使用量，或者有替代鉑的方案。豐田公司能做到將一輛氫燃料電池車的鉑需求量進一步減少。業界也在積極尋求不用鉑的催化技術，如果能實現就解決了燃料電池汽車製造成本上的一個最大的技術難題。
儲存氫氣也是一個很難的技術，因為氫分子實在是太小了，如果用一般的鋼瓶儲存，氫氣分子都會鑽到鋼材的縫隙中去，產生叫“氫脆”的問題，使鋼瓶的強度下降。因此，需要將氫氣以700個大氣壓儲存在複合材料製作的特殊氫氣罐裏。毫無疑問，其品質對安全保證是很關鍵的。不過，氫氣儲存在安全性上也有它的優點，即使它發生泄露，由於氫氣比空氣輕，它會迅速向上漂，而不象汽油泄露那樣流得到處都是。汽車裏泄露的汽油一旦着火，極大概率是會迅速把整個汽車燒燬。所以從理論上説氫燃料電池車至少比燃油車更為安全。豐田公司的氫氣罐可以做到用世界上最強武器之一——美軍海軍陸戰隊使用的M82A3式狙擊步槍都打不穿的地步。
由此看來，氫燃料電池車能否大規模普及，關鍵點還是在催化劑上能否有大的突破。此外，氫燃料電池因為其較高的比能量密度，不僅在新能源車上有應用，而且在無人機等其他領域也有較廣泛的應用價值。
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固態電池技術：日本有生產工藝優勢
對於電池行業來説，固態電池並不是一個陌生概念。早在2012年蘋果公司就已經開始了全固態電池技術的專利佈局，隨後包括豐田在內的一些知名廠商也在這個領域有所投入。
純電動車的成本主要體現在電池上。為了使普通讀者更容易理解，我把電動汽車鋰電池技術大致分成四個大的時代：
第一代是磷酸鐵鋰電池，能量密度在100 Wh/kg（每公斤瓦時）左右。
第二代是三元鋰電池，200 Wh/kg左右。
第三代是固體電解質鋰電池，現在業界叫“固態電池”，300 Wh/kg左右。
第四代是鋰硫電池等，400 Wh/kg左右。
當然，每一代的技術並非完全單一，而是會有很多不同變化。甚至就是三元鋰電池本身就有很多種。但以上大致的分代可以使我們對純電動車未來的發展趨勢有一個直觀的瞭解。
特斯拉一開始就採用的是第二代的三元鋰電池中的鎳鈷鋁技術，中國2017年純電動車普遍採用鎳鈷錳三元鋰電池。
固態電池，事實上是指第三代的固體電解質鋰電池。中國在固體電解液電池上也有技術積累，而且在第四代的技術上也有很多單位在開發。只是在具體電池生產工藝上，日本和韓國的三星、LG等還是有長期技術優勢的。一般來説，電池的能量密度越高，每千瓦時的存儲成本就越低。
對續航里程問題，不同汽車的用户體驗可能會有些不同。我個人認為純電動車的續航里程會經歷這麼一個變化過程：
最初因為電池太貴，因此續航里程很短，只有120公里；
隨着電池成本持續地大幅度降低，續航里程不斷增長；
由於充電設施還不是很普及，充電不是很方便，用户對續航里程需求還會在一定時間持續增長，現在400公里甚至更長續航里程的純電動車款已經很多了；
未來充電設施越來越普及，充電越來越方便，到處都可以充電，再加上各種電動車充電寶產品流行，用户並不需要買很長續航里程的電動車，購買電動車的成本又極大降低。
固態電池的安全性比液態鋰電池高很多，而且續航里程很長。固態電池普及後，純電動車的成本可達到與現在燃油車接近的程度。
不過，這項技術開發有難度，目前這方面研究最深的就是豐田汽車，但也一直沒有實現商業化量產。於是，日本政府決定和企業聯起手來加快固態電池的研發。
據報道，日本經濟產業省將向“鋰電池材料評價研究中心（LIBTEC）”出資16億日元，這家研究中心是由旭化成、東麗和Kuraray等化工企業成立的，現在豐田、日產和本田三大車企和松下、GSYUASA等電池企業也將加入其中。
除了加快技術研發，日本經濟產業省還計劃向國際電工委員會（IEC）提出申請來推動固態電池國際標準的制定，這樣就能從一開始掌握更多話語權，從而在電動汽車的電池領域獲得領先地位。
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加一次油跑1000公里：
汽車公司很快都能做到
目前新能源車主要是三個方案：最早出現的混合動力、純電動、氫燃料電池。豐田公司在混合動力和燃料電池兩個技術上都處於世界領先水平。
那麼有傳言説豐田開發出加一次油可以跑1000公里的車，這是真的嗎？
其實，不僅豐田能做到，很快幾乎每家汽車公司都能做到了。
因為現在開發燃油車的公司也都在向混合動力方向發展。這種混合動力是用燃油發動機發電，用電機驅動。其顯著好處包括：
一是燃油發動機可以穩定地工作，在最佳效率狀態發電；
二是不用齒輪箱了；
三是利用了電機驅動的好處，在各種轉速下扭矩大致是均衡的；
四是電驅動可以進行能量回收。
電機驅動可以使百公里耗油顯著降低。如果只是用燃油發動機本身改進，效率幾乎不太可能降到百公里油耗5升以下。但採用混動的方案，可以比較容易做到百公里耗油4升左右甚至更低，在城市複雜工況下做到這種省油的水平也是可以的。這樣，原來加滿油40-50升只能跑400-600公里的車，現在就都可以跑上千公里了。
如果是插電增程式混動，電池本身有50到100公里左右的續航里程，可以採用充電方式在城市內跑，跑長途用燃油增程，相當於內置充電寶。豐田是混合動力車的先驅，2017年豐田新能源車全球銷量達到152萬輛，主要就是靠混合動力技術實現的，並且在混合動力技術上已經有20年的積累，至2017年，豐田以混合動力車為主的新能源車全球累積銷量達到1147萬輛。
大多數人認為混合動力是一個過渡方案，問題是這個過渡時間會有多長。這取決於純電動和燃料電池車的發展情況。前兩年混合動力車在中國新能源車銷量中的比例呈下降狀態，但2017年至今混合動力車佔比又快速上升。混合動力車和氫燃料電池車在續航里程上都有優勢，混合動力車又可直接利用原來燃油車普遍存在的加油網絡系統，因此對續航里程有較高要求的用户現在還是會青睞前者。