燃料電池車

　　燃料電池車是電動車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能的。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2～3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。

　　名稱：燃料電池車　　優(yōu)點：無污染、效率高

　　電池能量來源：氫氣和氧氣的化學(xué)作用　　相關(guān)問題：氫氣燃料的供給

　　發(fā)展前景：漸被重視

　　目錄

　　1 原理

　　2 相關(guān)問題

　　3 發(fā)展前景

　　原理：燃料電池汽車的氫燃料能通過幾種途徑得到。有些車輛直接攜帶著純氫燃料，另外一些車輛有可能裝有燃料重整器，能將烴類燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體。單個的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動力，滿足車輛使用的要求。

　　相關(guān)問題：燃料電池車輛需要解決的問題

　　對于純?nèi)剂想姵剀嚮蚧?span id="tkod5ye" class='hrefStyle'>氫能源的其他類型車，如何合理控制制氫成本和建立社會網(wǎng)絡(luò)化的儲氫站是一個重要的問題

　　據(jù)了解，儲氫技術(shù)基本上有三種，一是在超低溫-253°將氫呈液態(tài)保存，二是用高壓(約5000磅/平方英寸)壓縮氣態(tài)氫，提高能量密度，三是用金屬氫化合物在普通常溫下儲存氫;具體來說，燃料電池電動車尚需攻克的解決的問題主要有：

　　(1)氫氣燃料的供給

　　燃料電池電動車以燃料的氫氣與空氣的氧氣反應(yīng)，以其產(chǎn)生的電力推動馬達(dá)而得以行駛。相較于傳統(tǒng)電動車，燃料電池電動車的燃料電池可視為小型發(fā)電廠，且燃料電池電動車可以改善傳統(tǒng)電池過重、電能容量及長時間充電的缺點，燃料電池發(fā)電可視為水電解的逆反應(yīng)，發(fā)電過程中只有水份的排放，是清凈的動力能源。而這些都依賴于氫能源的充足供給。

　　以國外的情形為例：日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省原來預(yù)估2010年底，燃料電池電動車可以達(dá)到5萬臺，2020年達(dá)到500萬臺的目標(biāo)，目前看來似乎有些過熱，各個車廠開始以較務(wù)實的態(tài)度對應(yīng)這件事情。Toyota預(yù)定2003年燃料電池電動車商品化，且希望將價格訂在日幣1000萬元以下才具產(chǎn)品競爭力。但短期內(nèi)，燃料電池價格不易降至數(shù)百萬日元內(nèi)。同期從事研發(fā)工作的Honda、Daimler Chrysler、Ford等車廠都認(rèn)為燃料電池電動車發(fā)展的難題是─氫氣燃料的供給。特別是氫氣供應(yīng)站與氫氣燃料的環(huán)境整備(infrastructure)。燃料電池電動車可以純氫氣為燃料，抑或以碳?xì)湎等剂先缂状?、天然氣、汽油等?jīng)由重組取得富氫氣燃料，其熱值等性質(zhì)雖各有所長，以儲存性與管理而言，甲醇與高品質(zhì)的汽油經(jīng)由重組似乎較具優(yōu)勢。

　　(2)燃料重組

　　燃料重組，最大的問題在于重組過程中造成的高溫現(xiàn)象，甲醇重組時溫度約300℃，汽油重組時的溫度則高達(dá)800℃(碳與氫分子鍵結(jié)強，不易打斷)，已經(jīng)在道路行駛測試(fleettest)的甲醇重組方式燃料電池電動車，因為高溫而需要配置大型冷卻風(fēng)扇，產(chǎn)生令人不快的噪音問題，雖然靜肅性(如：馬達(dá)運轉(zhuǎn)等)仍較傳統(tǒng)電動汽車優(yōu)越，但燃料重組時大型冷卻風(fēng)扇噪音問題亦不得不重視。而且大型冷卻風(fēng)扇亦會造成能量消耗，燃料重組方式燃料電池電動車因兼顧能源效率與噪音問題，事實上、較Toyota的Prius的復(fù)合動力能源效率相異不大，看不出燃料電池電動車的顯著優(yōu)勢。更何況燃料重組時并非百分之百的零污染，仍有一定量的CO2甚至NOx和SOx排出。以甲醇重組并完成日本道路行駛測試的Mazda認(rèn)為“唯有以純氫氣作為燃料的燃料電池電動車才具有挑戰(zhàn)性!”甲醇與汽油重組衍生的各種問題，特別是高溫，是燃料電池電動車普及化的一大障礙。另外，高效率的重組器開發(fā)亦刻不容緩。

　　(3)純氫氣燃料儲存方式

　　純氫氣燃料，似乎是燃料電池電動車未來可能普及化的燃料供應(yīng)方式，然而氫氣的儲存卻是另一問題點。目前即使是氣密性最佳的燃料容器，充氣后長時間放置很可能即漏失完畢!

　　氫氣燃料儲存方式有高壓儲氫(compressedhydrogengas)，可能引發(fā)安全上的顧慮，理論上較高的壓力儲氫量越多，但高壓儲氫材料容器的價格昂貴，尤其是燃料電池電動車，這種移動式載具必須考慮碰撞的安全性;低溫儲氫，要儲存氫氣燃料于-273℃環(huán)境，其所需低溫儲存處理的能量消耗亦不容忽視，且應(yīng)考慮前述漏失問題;較安全且可行的方案是儲氫合金(metalhydride，儲存效率仍有極大的改善空間。

　　(4)純氫氣燃料的制備

　　依照日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省預(yù)估2020年達(dá)到500萬臺的燃料電池電動車目標(biāo)，相當(dāng)于一年需要37億5000mm3的氫氣，這樣的消耗量單靠天然氣提煉氫氣是不可能符合需求，況且在精制氫氣時亦會衍生一定數(shù)量的CO2排放，與降低CO2排放訴求的燃料電池電動車互為矛盾，其實只是CO2排放只是改變?yōu)槿剂想姵仉妱榆囈酝獍l(fā)生的場所罷了。

　　為了不增加制造純氫氣燃料時所帶來的環(huán)境污染，以太陽能發(fā)電的電力對水產(chǎn)生電解制造純氫氣似乎可行。實際上，Honda在美國加州的研發(fā)中心即利用太陽能發(fā)電制造純氫氣，并由供應(yīng)站供給氫氣進(jìn)行相關(guān)實驗，每輛車單以太陽能發(fā)電制造純氫氣即可獲得一年約7600L，相當(dāng)于每天20.8L氫氣，以目前供給氫氣1.0L行駛1.8km的實驗車為例，每天可行駛37.4km，一年可累積里程13,680km，基本上可以滿足普通行駛要求。不過、配置在每臺燃料電池電動車上的太陽電池面積是車輛平面投影面積的4倍，太陽電池的能源利用效率與如何小型化又是另一個課題!

　　(5)燃料電池價格

　　目前燃料電池因需要使用一定量的貴重金屬(主要是鉑)，燃料電池廠預(yù)計短期內(nèi)不易降至量產(chǎn)化價格。除了膜組合體中貴重金屬如何降低使用量之外，開發(fā)耐高溫(200℃)與耐不純物的質(zhì)子交換膜等都是當(dāng)前重要的研究。[1]

　　發(fā)展前景：燃料電池車漸被重視

　　在EV逐步成為主流的時代，F(xiàn)CV被邊緣化，但并沒有被放棄，歐美日、甚至中國車企都一直在FCV研發(fā)上努力?，F(xiàn)在EV遇到了瓶頸，F(xiàn)CV被寄予了更多的期待。

　　2013年一開年，全球汽車廠家間合作開發(fā)FCV(燃料電池汽車)的項目也驟然增多。1月24日，豐田與寶馬宣布合作。豐田將于2015年發(fā)布FCV，而寶馬將為其提供基礎(chǔ)技術(shù)，豐田與大眾宣布共同開發(fā)2020款車型的基礎(chǔ)系統(tǒng)以及電池。1月28日，日產(chǎn)表示將與戴姆勒、福特合作開發(fā)FCV(燃料電池汽車)。戴姆勒將與福特共同開發(fā)FCV的心臟燃料電池。3家公司將在2017年分別發(fā)售FCV的量產(chǎn)車。如果這些合作開發(fā)富有成果，F(xiàn)CV將會在2、3年后開始在市場上銷售。[2]