研發歷程
氫燃料汽車1807年IsaacdeRivas製造了首輛氫內燃車，可惜該設計甚不成功。
1960年代後期，RogerE.Billings製造了燃料電池的原型。
1965年，外國的科學家們就已設計出了能在馬路上行駛的氫能汽車。
1980年，中國成功地造出了第一輛氫能汽車，可乘坐12人，貯存氫材料90公斤。氫能汽車行車路遠，使用的壽命長，最大的優點是不污染環境。
1990年日本武藏工業大學在第八屆世界氫能會議上展出了一部使用液氫儲罐的燃氫轎車。它由NISSAN車改裝，使用一個容積100L，總重60kg的液氫罐，可以100km/h行駛，排放廢氣中無CO2。
2003年11月，澳大利亞、巴西、加拿大、中國、法國、德國、冰島、印度、義大利、日本、挪威、韓國、俄羅斯、英國、美國15個國家和歐盟代表在美國華盛頓共同簽署非約束性的“氫能經濟國際合作夥伴計畫”參考條款。“氫能經濟國際合作夥伴計畫”下設指導委員會和執行及聯絡委員會。美國政府宣布今後5年撥款17億美元支持氫能開發；歐盟也撥專款研究氫能轉換技術和燃料電池，歐洲10個城市已從2003年開始示範運行商業化的燃料電池公共汽車。
中國政府正在研究到2020年的能源戰略，氫能利用被列為重點發展的方向之一。科技部安排了一批氫能轉換技術研發與套用示範項目，科研人員已在一些關鍵技術上取得顯著進展，自主研製的燃料電池轎車、客車已實驗運行2000多公里。莫約翰則對《財經時報》分析說，傳統汽車經過多年發展，已有了非常完善的基礎設施(加油站設定、油品生產等)，而要培養新的基礎設施，需要巨額投資，這對企業充滿風險。
數據顯示，德國計畫到2023年建成400個氫燃料站；美國加州到2017年達到68個；日本計畫到2025年構建1000家氫燃料站；韓國計畫到2025年增加到200個。
技術問題
首先是制氫，製造氫氣最好方法是電解水。這一過程當中，需要耗電。而且，電解水系統的能效轉化效率只有80%，稱不上高效。其次，建造一個加氫站成本約需2600萬元，是一座加油站的4倍，因為需要處理液態氫的儲存問題。再者，即便有補貼，氫燃料電池車售價並不低，與純電動車相當，甚至略貴一些。最後，氫氣有爆炸性，有一定危險性，電則安全許多，每個房子都有電。
氫是可以取代石油的燃料，其燃燒產物是水和少量氮氧化合物，對空氣污染很少。氫氣可以從電解水、煤的氣化中大量製取，而且不需要對汽車發動機進行大的改裝，因此氫能汽車具有廣闊的套用前景。
推廣氫能汽車需要解決三個技術問題：大量製取廉價氫氣的方法，傳統的電解方法價格昂貴，且耗費其他資源，無法推廣；解決氫氣的安全儲運問題；解決汽車所需的高性能、廉價的氫供給系統。
常見的供給系統有三種，氣管定時噴射式、低壓缸內噴射式和高壓缸內噴射式。隨著儲氫材料的研究進展，可以為氫能汽車開闢全新的途徑。而最近，科學家們研製的高效率氫燃料電池，更減小了氫氣損失和熱量散失。
動力原理
氫燃料電池車的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板（負極），經過催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質子）穿過質子交換膜，到達燃料電池陰極板（正極），而電子是不能通過質子交換膜的，這個電子，只能經外部電路，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產生電流。電子到達陰極板後，與氧原子和氫離子重新結合為水。
由於供應給陰極板的氧，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，並及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發出的電，經逆變器、控制器等裝置，給電動機供電，再經傳動系統、驅動橋等帶動車輪轉動，就可使車輛在路上行駛。
與傳統汽車相比，燃料電池車能量轉化效率高達60~80%，為內燃機的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源。
儲氫方法
傳統儲氫方法有兩種，一種方法是利用高壓鋼瓶（氫氣瓶）來儲存氫氣，但鋼瓶儲存氫氣的容積小，而且還有爆炸的危險；另一種方法是儲存液態氫，但液體儲存箱非常龐大，需要極好的絕熱裝置來隔熱。近年來，一種新型簡便的儲氫方法應運而生，即利用儲氫合金（金屬氫化物）來儲存氫氣。研究證明，在一定的溫度和壓力條件下，一些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應生成金屬氫化物，同時放出熱量。其後，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來。這些會“吸收”氫氣的金屬，稱為儲氫合金。其儲氫能力很強。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態氫的1000倍，也即相當於儲存了1000個大氣壓的高壓氫氣。儲氫合金都是固體，需要用氫時通過加熱或減壓使儲存於其中的氫釋放出來，因此是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。目前研究發展中的儲氫合金，主要有鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金及稀土系儲氫合金。
儲氫合金還有將儲氫過程中的化學能轉換成機械能或熱能的能量轉換功能。儲氫合金在吸氫時放熱，在放氫時吸熱，利用這种放熱－吸熱循環，可進行熱的儲存和傳輸，製造製冷或採暖設備。此外它還可以用於提純和回收氫氣，它可將氫氣提純到很高的純度。例如，採用儲氫合金，可以以很低的成本獲得純度高於99.9999％的超純氫。儲氫合金的飛速發展，給氫氣的利用開闢了一條廣闊的道路。中國已研製成功了一種氫能汽車，它使用儲氫材料90千克，可行駛40千米，時速超過50千米。今後，不但汽車會採用燃料電池，飛機、艦艇、宇宙飛船等運載工具也將使用燃料電池，作為其主要或輔助能源。另外由於大量使用的鎳鎘電池（Ni－Cd）中的鎘有毒，使廢電池處理複雜，環境受到污染。鎳氫電池與鎳鎘電池相比，具有容量大、安全無毒和使用壽命長等優點。發展用儲氫合金製造的鎳氫電池（Ni－MH），也是未來儲氫材料套用的另一個重要領域。
電池種類
現在可以使用的主要有這樣幾種：
1、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）
氫燃料汽車1980年研製成功，在650攝氏度下工作，把熔融碳酸鹽作為電解質，把送到正極的二氧化碳作為離子載體。不需要催化劑，而且可以使用天然氣等其他氣體燃料。但是啟動時間較長。
2、固體氧化物燃料電池（SOFC）
1980年研製成功，電解質為含有氧化鋯等成分的固體陶瓷材料。工作在800~1000攝氏度的高溫，離子可以通過陶瓷材料。不需要鉑等催化劑。也可以使用其他氣體燃料，啟動時間也較長。
3、磷酸燃料電池（PAFC）
1967年研製成功，工作溫度接近200度，需要催化劑，電解質為磷酸水溶液，在飯店和醫院使用較多。
4、固體高分子燃料電池（PEFC）
目前投入研究力量最大的電池，電解質為高分子樹脂薄膜，可以實現小型化。工作溫度在100度以下，但是需要催化劑。也可以使用甲醇。啟動時間也最短。
發展障礙
氫燃料汽車1960年代後期，RogerE.Billings製造了燃料電池的原型。在燃料電池氫汽車的發展主要有三個障礙。
首先，氫的密度很低，就算燃料以液態形式儲存在低溫瓶或壓縮氣體瓶，在那些空間能夠儲存的能量十分有限，而氫汽車比起其他汽車就十分受限。有些研究已經用特別結晶體來儲存氫在較高密度的環境中，而且更安全。另外一種方法是不儲存氫分子，而使用氫重組器來從傳統燃料如甲烷、汽油和乙醇，提取氫。很多環保分子對此想法不感興趣，因為它依賴了化石燃料。可是，這是有效的重組程式。使用重組過的汽油或乙醇來推動燃料電池，仍比使用內燃引擎來得有效。
其次，製造在氫汽車提供電力可靠燃料電池，耗資頗高。科學家努力研究令燃料電池的成本儘量便宜，同時又有足夠硬度以抵受撞擊和震動這些汽車的基本問題。燃料電池的設計大都脆弱，故不能在那些情況下保存。加上很多設計都需要稀有物如鉑作為加速劑，令工作更順暢，而加速劑可能污染氫的純淨度，不利氫的提供。
第三個問題是氫可作為能量的攜帶者而非能源。它必須從化石燃料或其他能源提取，因此引起能量的流失（因為從其他能源到氫又回到能量的轉換並非百分百有效）。因為任何能源都有缺點，轉換到氫會引起關於如何產生這種能源的政治決定。
最近有方法成功直接從太陽和水，透過金屬的催化劑，產生了氫。這或能使從太陽能轉成氫有一個便宜、直接、清潔的途徑。
燃料代價
氫燃料汽車1、一般情況下，我們要獲得氫，都會從水裡分解出來，這就需要用到電，需要將交流電轉化成直流電，這過程將使得氫分子中的能連損失2%-3%。
2、接下來我們開始電解水，在此過程中能效只能達到70%，其餘30%的能量被消耗掉。
3、經過上述兩個過程，我們獲得了氫氣，但是由於是氣體，因此其體積非常大，這個就需要我們用10000磅/平方英寸的大氣壓強對氫氣進行壓縮處理，這個過程又將耗能15%，即便是經過了這一系列處理，同等質量的氫燃料所包含的能量值也只有普通汽油燃料的20%所有，並且要貯存這些氫燃料需要很大的存儲設備。此外，為了保持氫燃料電池的穩定，我們還要將溫度控制在零下253度，這一過程再次耗能30%-40%。
4、在運輸過程中，由於我們很難保持零下253度的恆溫，因此我們還將損失10%的能量。
5、而在氫燃料被注入汽車前，我們又損失了大約50%的能量。
6、最終我們還將損失10%的能量，因為氫能汽車的能效只有90%。
點火方式
低壓噴射火花點火
低壓噴射氫發動機適合採用火花點火方式。若通過增加充量並控制早燃，則可得到較大的輸出功率。當過量空氣係數a<1.2時易發生早燃，此時，僅可獲得相當於或小於汽油機額定功率的輸出功率。若噴射氫的溫度低至0-50℃，則可防止早燃，最大輸出功率將進一步上升。
高壓噴射熾熱表麵點火
根據熾熱表而點火試驗可知，熾熱表而溫度高於900℃時，混合氣才能可靠地著火。同時還存在實際使用壽命太短、加熱點火塞需大容量電池以及噴氫閥產生氫的泄漏時和啟動時易發生早燃和回火等問題。
高壓噴射火花點火
為了解決高壓噴射熾熱表麵點火存在的問題，可採用火花點火方式。因為氫空氣混合氣只需較小點火能量便能著火，而且混合氣著火界限也較寬廣，故相對汽油空氣混合氣而言，氫空氣混合氣更適合採用火花點火方式。
試驗表明，若噴氫嘴的噴孔與火花塞電極間隙之間的距離縮短，則氫噴束頂端更易到達電極間隙內，從而使著火落後期縮短，燃氣壓力的升高更趨平穩。因此，氫噴射發動機採用火花點火方式，必須精確布置點火位置和控制點火正時。
套用前景
氫燃料汽車第一，無論是先進的內燃發動機車、混合車，還是氫燃料電池車，即使有人買了這些具有新技術的車輛，大多數車主需要15年才能換車，這些年內，舊車還會在路上跑，還會在繼續燒汽油，繼續排放二氧化碳等溫室氣體。
第二，配有新技術的車輛在廠家生產車間，從第一台到批量生產一般需要幾年的時間，到大規模推廣又得幾年之後。拿油電混合車來說，混合車有全新的技術，但市場份額卻增長緩慢。混合車在美國1999年上市，到目前為止市場份額卻只有1%。
第三，從推廣氫燃料電池車對解決交通石油燃料危機的影響角度說，歐洲過去25年推廣柴油發動機的經驗表明，短期內節省燃料有效措施並不一定來自全新的技術，而在於如何在現有車輛技術基礎上更好地進行改進，更經濟地使用燃料。
氫能汽車
中國在氫能汽車研發領域取得重大突破，已成功開發出氫能燃料電池汽車性能樣車。目前，國內在燃料電池發動機方面已取得大功率氫—空燃料電池組製備的關鍵技術，轎車用淨輸出30kW、客車用淨輸出60kW和100kW的燃料電池發動機，已在同濟大學和清華大學燃料電池發動機測試基地分別通過了嚴格的測試並裝車運行，燃料電池轎車已經累計運行4000多公里，燃料電池客車累計運行超過8000公里。此前，以氫氣為能源的燃料電池汽車被列入國家“863”計畫，科技部投入1．2億元支持燃料電池汽車和相關技術的研發。此外，國內研發的燃料電池汽車在整車操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等方面均得到較大提高。國內汽車企業還開發出100多種燃氣汽車，在19個城市開展了推廣套用；國內自主研發的純電動汽車、混合動力汽車，也已開始示範運行
發展推廣
福特汽車將誕生首款商用氫燃料汽車中國氫能汽車發展與推廣，能源短缺、環境污染、全球氣候變化……令開發清潔、高效、安全和可持續的能源迫在眉睫，其中，氫能正在受到越來越多國家的重視.5月底的一天，北京凱賓斯基飯店門前的小展廳，停放著一輛銀色家用轎車，車的左側被摘掉，甲板是透明的，參觀者望去，車內與一般4座家用轎車無異。
透過甲板，可以看到兩個比煤氣罐略窄的罐子，據介紹，這兩個罐子是用來裝氫燃料的。罐子前方貼著一個像小案板一樣的片狀物，這是一個將氫轉換為電的設備。這是戴姆勒-克萊斯勒公司生產的燃料電動汽車，它最大的優點是，排放物僅僅是水，沒有任何污染。未來人們駕駛的汽車，可能大多數都是這樣的。這樣的汽車中國企業現在也能生產，在凱賓斯基飯店內的展廳里，上海燃料電池汽車動力系統公司生產的基於桑塔納2000車型的“超越1號”樣車，同樣引起許多人的注意。
發展優勢
氫燃料電池最大優點便是方便。普通純電動車使用快充充滿一次電，至少需要20分鐘。氫燃料電池車加滿一次氫氣，只需要3到5分鐘，與加注汽油相當。氫燃料電池車行駛里程足夠長，以豐田Mirai為例，百公里加速10秒，能行駛650公里以上。
第一，續航力足與燃油車相媲美，豐田Mirai一次加滿燃料可行駛500公里，可以滿足日常需求。而純電動車中，除了特斯拉之外，目前的現有車型幾乎都是只能行駛百公里左右。
第二，充電速度快。特斯拉即使用超級充電站充電也需要一兩個小時，“豐田Mirai一次加滿燃料只需3分鐘”，Hirose說道。這個速度已經接近燃油車加油時間。
第三，燃料費用便宜。工業用氫氣目前每公斤的成本為1-3歐元(約合人民幣7-21元)，而一公斤氫氣可以使汽車行駛一百公里以上。
加氫站
雪佛蘭Volt電力驅動概念車國際油價持續走高，許多國家都在尋找替代能源。通用汽車與殼牌氫能源公司在美國首都華盛頓聯合推出了全美第一個加氫加油站，為普通汽車提供加油服務，並為燃料電池車加氫。加氫設施與普通加油站內的設施沒有太大區別，加氫過程與一般汽油車加油類似。加氫站面積比一般加油站大，由氫氣分離廠和加氣台兩部分組成。氫氣分離廠內設有氫氣分離罐，工程人員向罐內輸入水，在電力的作用下，水便分離成氫氣和氧氣。
分離出的氧氣通過管道向空中釋放，同時將氫氣收集在密封壓力罐內加壓、儲存，再通過高壓管道為氫汽車加氫。氫是易燃物，所以人們首先會想到加氫站和氫汽車的安全性。據專家介紹，加氫站內的高壓罐和管道的壓力雖然高達5700大氣壓單位，但科研人員成功地解決了管道壓力問題，顧客加氫時絕對安全。氫汽車不以燃燒氫氣為動力，而是經由汽車內的燃料電池與氫氣反應，產生電流作為動力。
環保問題
第一，氫燃料電池汽車是終極環保汽車。氫燃料電池汽車零排放，且一次加氫續駛里程長，加氫時間短，相當於汽油車，一直以來被作為新能源汽車技術路線之一。但是，由於氫燃料電池系統、儲氫裝置等技術和成本、壽命問題，以及加氫站建設和成本問題在短時期難以攻克，相比動力電池技術已取得積極進展，並初步具備市場推廣條件的電動汽車而言，氫燃料電池汽車仍被作為終極環保汽車，也就是說，插電式汽車、純電動汽車在市場化進程上仍優先於氫燃料電池汽車。按國際能源署IEA預測，2030年以前，全球新能源汽車市場仍將以插電式汽車、純電動汽車為主，2030年氫燃料電池汽車在世界汽車銷量中的比重約為2%—3%。2030—2050年,插電式汽車、純電動汽車、氫燃料電池汽車發展順序和市場大格局保持不變，但氫燃料電池汽車占比將提高到15%左右。
第二，氫燃料電池汽車推廣仍面臨重大障礙。豐田氫燃料電池汽車能夠量產得益於其在氫燃料電池技術和成本、壽命的突破。基本解決氫燃料電池體積輸出密度、低溫性、高壓氫燃料罐小型/輕量化和安全性問題，氫燃料電池壽命可達10年以上，車輛成本相比5年前大幅度下降，Mirai在日本銷售享受補貼後相當高檔汽油車價格（約人民幣28萬元）。但是，包括豐田在內的日本人士對氫燃料電池普及仍持謹慎態度，因為，Mirai享受補貼後，價格仍高出同級別汽油車一倍多，而且，氫燃料電池汽車同樣面臨基礎設施問題，直到目前，建設一座加氫站的成本高達5億日元（約3000萬人民幣），如此高的成本沒有相當數量的保有量，加氫站根本無法盈利，也難以維繫。還有就是氫源問題，氫同電一樣是二次能源，至今仍主要來源化石燃料（天然氣、石油），如果不能廣泛利用低成本光伏、生物等電解的氫，氫燃料電池汽車作為終極環保汽車將遭質疑。
第三，世界主要車企備戰氫燃料電池汽車。儘管氫燃料電池汽車遠未達到市場普及階段，但正如大家所知，除豐田公司外，通用、本田、現代公司相繼發布量產燃料電池汽車，戴母勒、寶馬、日產等均有2020年前推出氫燃料電池商品車計畫。當然，也有一部分公司基於對成本、基礎設施，以及市場接受程度的判斷，把量產車時間表設定在2025年左右，如大眾公司等，但是，作為技術或產業化儲備，和其他公司一樣都有大規模的投入。同時，為分享氫燃料電池技術、降低成本、促進氫燃料電池產業化進程，主要汽車製造商間積極開展合作，目前已形成豐田和寶馬、戴母勒/福特和雷諾—日產、本田和通用公司三大聯盟。但在2030年前還難以改變插電式汽車、純電動汽車、燃料電池汽車的順次格局。
第四，氫燃料電池汽車中國還沒有準備好。國內氫燃料電池汽車研究開發已有15年左右歷史。在國家《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》中明確：氫燃料電池汽車與國際同步發展。但是，近年來，國內氫燃料電池汽車發展水平與先進國家比差距加大，主要體現在：氫燃料電池總體上處於工程化開發階段，功率特性、冷啟動、可靠性等主要技術性能指標與世界標桿產品比還有很大差距，關鍵技術領域所擁有的專利數目不多，技術標準未形成體系，成本居高不下，產品基本不具備商業化條件。差距加大的主要原因是相比電動汽車，氫燃料電池汽車技術門檻高，需要巨額投入，而我們技術和產業基礎薄弱，資金和技術力量投入嚴重不足，技術鏈不完善，產業化能力較弱，除上汽外，大多數整車企業在氫燃料電池汽車方面沒有開展實質性研發和產業化準備。催化劑、雙極板等關鍵材料領域和高壓儲氫罐、空壓機、氫循環泵等關鍵零部件基本不具備產業化能力，產業鏈尚未形成。
第五，氫燃料電池汽車中國還有機會。首先，國家層面應進一步明確規劃目標，如在2020年以前，氫燃料電池汽車要具備商品化能力，並加大示範運行和推廣運用。以此目標為指引，在堅持新能源汽車以純電驅動為主要技術路線的同時，要加大在氫燃料電池汽車發展方面的支持力度，鼓勵有條件的企業積極參與，為產業化創造條件，推動建立和完善氫燃料電池汽車及相關技術標準體系，積極參與相關國際標準制定。其次，有能力的整車企業應把氫燃料電池汽車發展納入規劃，並切實加大投入，車企間應加強在車輛技術、關鍵零部件供應商培育等方面合作，加快工程化開發和產業化能力建設進程。同時，應加強國際合作和交流，力爭以多種形式藉助國際科研資源、產業資源儘快縮小差距，提高氫燃料電池汽車發展水平。再有，國內相關科研資源要向氫燃料電池汽車關鍵技術領域傾斜，強化基礎研究，並會同整車、關鍵零部件企業加強工程化研究，集中攻克功率特性、壽命、冷啟動、續駛里程、成本等難題。
