看到街上行驶的电动汽车，一些人可能会想：它用的应该是锂电池。毕竟，我们每个人最熟悉不过的就是手上拿着或兜里揣着的“锂电池”（智能手机）。而且，即使是在电动汽车产业，锂电池也占据着领先地位，例如特斯拉采用的动力锂电池。但事实上，锂电池还有一个强劲的对手——氢燃料电池。

尽管氢燃料电池和锂电池还在争夺未来电动汽车产业的首要地位，但它们倒是有一个共同点：“氢”和“锂”都位于元素周期表的“前排”，分别是第一和第三位。有趣的是，这2种最简单的元素（除去氦）在未来的电动汽车或新能源行业扮演着重要的角色。不过，与锂电池相比，氢燃料电池利用的反应，我们要更熟悉一些。

氢气是“动力”

如果你还没有忘记中学化学课本里的“电解水”反应，那么你很容易就能理解氢燃料电池的工作原理——电解水的逆向过程。总的来看，氢气和氧气发生化学反应生成水，同时这部分化学能被转化为了电能。

此外，相比于锂，氢在动力应用方面的历史更久远。1766年，亨利·卡文迪许（Henry Cavendish）第一次在实验室发现“氢气”这种物质。当时，卡文迪许把稀盐酸滴在锌片上，产生了气泡。他不仅分析了“气泡”，还发现这种气泡可以在燃烧后生成水。

随后，这种气体便在人类的飞行梦想中，作为一种升力来源留下了浓墨重彩的一笔。1783年，雅克·查尔斯（Jacques Charles）第一次发明出了氢气球。氢气的质量非常轻，密度也小于空气，因此充满氢气的气球就可以漂浮在空中。在此基础上，亨利·吉法德（Henri Giffard）于1852年制造出了第一架由氢气提供升力的飞艇。这样的飞艇曾在第一次世界大战时，安全转移了3.5万人，没有发生任何事故。但不幸的是，1937年，德国“兴登堡”号飞艇因氢气爆炸而在空中烧毁。自此，以氢气为升力的飞艇时代也画上了句号。

但近些年，“氢气能发生燃烧，且燃烧产物只有水”，再次吸引了科学家的注意，尤其是因为水对环境没有危害。这一次，当科学家想把氢气作为动力时，反而要依靠它能燃烧的性质。

然而，自然界基本不存在氢气。地球上的氢元素多以化合物的形式存在，例如水和有机物。但好消息是，理论上生产氢气并不难，例如第一次发现氢气时，酸和金属铁或锌的反应就产生了氢气。不过，要使用氢气作为能源，还需要找到规模生产的方法。

制氢面临挑战

对于氢燃料电池而言，氢气的生产是其中最具挑战性的一环。考虑到化石燃料对环境的影响，科学家一直在寻找替代化石燃料的清洁能源。但他们心目中的清洁能源——氢气，并没有真正摆脱化石燃料的限制：目前工业制氢，主要还是通过甲烷水蒸气重整、石油的催化重整或煤炭气化，但它们的原料仍然是化石燃料。在思考如何制备真正清洁的氢气时，科学家第一个想到的就是课本上的“电解水”实验。

但工业生产中的电解水制氢并不像在书上画一张示意图，或写一个方程式那么简单。从电极、电解液和催化剂的选择，再到质子交换膜，每一步都还需要优化，因为目前电解水制氢的效率还很低。