自4月10日，無人機企業科比特航空發布HYDrone-1800的多旋翼無人機以來，整個行業就沸騰起來，不斷爭論氫燃料動力系統目前是否能應用在工業級無人機行業。筆者圍觀了各個微信圈的討論，總結了大家爭論的幾個核心問題：
1.氫燃料電池技術是否成熟
2.氫氣的來源問題
3.氫氣的存儲及安全問題
帶著這些問題，筆者查閱了一些文章，采訪了多位電力系統的專家，在這里粗淺地談一下氫燃料電池在無人機行業的應用情況。
首先，氫燃料電池不是什么新技術
不管在國內還是國外，不管是航空還是汽車，氫燃料電池都不算是新技術了。
早在20世紀60年代，氫燃料電池就已經成功地應用于航天領域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。
進入70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進的制氫技術，氫燃料電池就被運用于發電和汽車。波音公司于2008年4月3日成功試飛一架以氫燃料電池為動力源的小型飛機。
2008年奧運會期間，上海大眾提供了20輛帕薩特領馭氫燃料電池汽車，作為奧運之行的“綠色車隊”。
在今年年初的美國拉斯維加斯消費電子展（CES）上，豐田發布了量產型的Mirai；2015年東京車展上，本田發布了氫燃料電池車Clarity，號稱續航700km。除此外，雷克薩斯、奔馳等一眾國際豪華汽車品牌紛紛推出了自己的氫燃料電池車。
雖然車展樣車和實用性技術還有一定的差距，但氫能被認為是連接化石能源向可再生能源過渡的重要橋梁，實現能源可持續供給和循環的重要能源載體之一。
那么，氫能源的工作原理是什么
氫燃料電池是使用氫這種化學元素，制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫在陽極變成氫離子（質子）通過電解質轉移到陰極，同時放出電子通過外部的負載到達陰極，與氧氣發生反應生成水。
氫燃料電池的基本結構和基本燃料電池的結構相同包括：電極、電解質隔膜與集電器等。
電極是燃料氧化和還原的電化學反應發生的場所，可分成陰極與陽極兩部分。電解質隔膜的功能是分隔氧化劑與還原劑并同時傳導離子。目前燃料電池所采用的電解質隔膜可以分為兩類，一類為以絕緣材料制作多孔隔膜，例如石棉膜、碳化硅膜和鋁酸鋰膜等，再將電解液，例如氫氧化鉀、磷酸和熔融碳酸鹽等，浸入多孔隔膜：另一類電解質隔膜為固態離子交換膜，例如質子交換膜燃料電池中采用的全氟磺酸樹脂膜。集電器也稱做雙極板，它只有收集電流、疏導反應氣體及分隔氧化劑與還原劑的作用；雙極板的性能取決于材料特性、流場設計與加工技術。
由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，并及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲能，確切的講應該稱為氫發電裝置。
在無人機行業已有試水者
多旋翼無人機續航能力有限是民用無人機行業的痛點，目前市面上的民用無人機主要采用鋰聚合物電池作為主要動力，續航能力一般在20分鐘至30分鐘之間，因技術方面不同有所差別，大部分續航時間都是在45分鐘以內。
其實早在今年2月份，蘇格蘭海洋科學協會（SAMS）在蘇格蘭機場成功進行了第一架使用固態氫動力系統無人機的飛行測試，起飛10分鐘運行200英尺，并平穩著陸。它采用的是Cella公司的氫動力氣體發生器和Arcola集成的燃料電池。這個電池的運行原理為：氣體發生器使用專有的固態物質，將該物質加熱到100℃以上時可將釋放出大量的氫氣。
而國內，武漢眾宇動力系統科技有限公司于2014年底就開始嘗試在無人機上應用燃料電池技術，推出兩款名為“天行者”的固定翼無人機和“游騎兵”的六旋翼無人機，前者在2015年6月2日創下了12小時連續不斷飛行的成績；兩個月后，后者在新疆創造了3小時30分鐘的野外飛行記錄。在整個飛行過程中，巡航時由氫燃料電池提供穩定動力輸出，而在起飛等動力需求較大的時候，鋰電池將會進行補充輸出；待巡航時，氫燃料電池將對鋰電池會將富余的電能回充到鋰電池。
而科比特航空推出HYDrone-1800多旋翼無人機這個事件，成了“氫燃料電池能否在工業級無人機應用”爭論的導火索。
在筆者收集的資料中，總結了幾點多數專家共同認可的因素，來對氫燃料電池在應用中無法回避的問題進行一些剖析：
1、氫氣的制?。?/strong>氫氣制取的方法非常多，最常見的包括水電解和天然氣或甲醇等化石燃料的重整，目前全球90%以上的氫氣都是通過后者的方法制取出來的，技術非常成熟，目前的工廠車間成本大約為2.5元/m3，而在HYDrone-1800上實現4.5小時續航大約只消耗了3.5m3氫氣。但是目前氫氣還是屬于一種工業品，算上分裝、壓縮、運輸、分銷等成本，目前高純氫的零售價格一般在15元/m3左右。目前許多工業國家正努力在未來實現氫經濟社會，將氫氣變成一種消費品，其潛在的成本非常低廉。我們國家正在大力推廣煤制氫，氫氣成本大約為0.8-1元/m3。
2、燃料電池的高昂價格：在氫燃料電池發電的過程中會用到金屬鉑作為催化劑。而金屬鉑，就是我們常說的白金，屬于稀缺金屬，被很多人認為是造成燃料電池成本高的主要原因。但是事實上我們了解到，目前在燃料電池中的鉑使用量非常少，其材料成本根本不高，每kW功率燃料電池所含有的鉑的價值大約也就100-200元RMB，而且目前用量還在不斷降低。真正造成成本高的原因是產業不夠成熟，產量太小導致生產成本過高。當然單靠無人機行業可能無法將產量做到足夠大，但是隨著氫燃料電池在汽車等其他領域的普及，其成本會大幅下降，甚至低于鋰電池目前的成本水平。當然目前還有很多公司和研究機構在研究非貴金屬催化劑，目前有一些已經取得了不錯的效果。
3、氫氣的儲存：一般常見的儲存方法有常壓吸附儲氫、高壓儲氫、液氫儲氫、化合物儲氫等。氫氣的各種存儲方法都有各自的缺陷，目前一般都是根據終端產品的應用領域和使用方法來選擇更合適的儲氫方法。在汽車上被各大車廠廣泛采用的是高壓儲氫方法，但是需要匹配合適的加氫設備。工程師們正在不斷的努力設計出使用更方便更安全的加氫設備，做到像汽車加油一樣的便捷。
氫能民用就此“因噎廢食”？
在討論這個問題之前，我們先看幾則新聞，以下新聞均摘自中國科技部官方網站：
2015年9月，中國科大杜平武教授課題組研制出一種新型光催化制氫材料，具有高效率、低成本的優異特性。該小組研究發現，過渡金屬“磷化物”作為一種“助催化劑”，有著很好的光催化制氫性質，將磷化亞銅、磷化鉬等磷化物負載在半導體上，可以有效提升半導體光催化產氫效率。在此基礎上，該課題組又巧妙地將新型磷化鎳“助催化劑”，負載在硫化鎘半導體上，獲得了高效、穩定、廉價的人工光合成催化劑。杜平武表示，這種新型光催化制氫材料價格低廉、性能優異、制備簡單、穩定性強，對于未來光解水制氫具有重要應用價值。
2015年12月，中國科大學熊宇杰教授課題組設計出一類具有原子精度殼層結構的助催化劑，在降低貴金屬鉑助催化劑用量的同時，大幅度提高光解水制氫性能，為開發低成本、高性能光催化材料提供了新的途徑。
熊宇杰小組別出心裁地設計出一種新型鈀-鉑核殼結構助催化劑，無需使用成本高昂的原子層沉積技術即可生長少數原子層厚度的金屬殼層。熊宇杰表示，基于該技術，光解水制氫效率與無助催化劑的半導體光催化劑相比提高了322倍，比傳統純鉑助催化劑的半導體光催化劑體系提高8.2倍。同時，該設計以相對廉價的鈀內核替代了金屬鉑，使材料成本降低了1/3以上。
2015年12月，中國科學技術大學化學與材料科學學院吳長征教授研究組與張群教授研究組合作，研制出全新水溶性簡單小分子助催化劑，成功將光催化產氫性能提高了32倍，為擺脫目前廣泛使用的貴金屬助催化劑提供了新途徑。
一個又一個相關技術在突破，雖然從研究成果到工業化應用還有很長的路要走，但可以預見的是，隨著氫氣制取技術漸趨多樣化，有望擺脫傳統貴金屬助催化劑體系，為設計廉價、高效的光催化體系提供新途徑。
氫燃料電池是被看好的21世紀新能源之一，在無人機、汽車、工廠、住宅供電等方面都有著極大的需求和應用前景，甚至在未來有望取代現有石油經濟體系的“氫經濟”時代，成為人類生活必不可少的能源。世界各國都對氫燃料電池表現出極大的熱情并投入巨大的資金。而且我國國家頂層設計也在加快燃料電池的市場化步伐，積極培育以儲氫罐、加氫站、輸氫管道等為標志的氫經濟或氫產業。
氫燃料電池能否在無人機行業規?；?、商業化應用，爭的是當下，一件工業產品的成熟是個漫長過程，無人機行業的發展，不止眼前的茍且，還有更廣闊的未來值得探索。
