氢动力燃料电池车

早在19世纪法国科幻小说鼻祖凡尔纳的小说中，预想家们就预言，有朝一日社会将通过以氢为基础的能源而被彻底改造。这种重量很轻的气体是宇宙中最丰富的元素，它能够从水中制成；它出奇地洁净；燃烧时排放出基本上是新鲜的蒸汽。当被输入到产生电力的燃料电池中时，它提供空前的效率一这些电化学反应堆从燃料中所摄取的有用能量高达内燃机的两倍。

　　当人类步入21世纪，开始面临着巨大的能源压力。传统的能源（主要是不可再生的化石燃料）正日趋枯竭，过度依赖石油进口引起地缘政治不稳定而且化石燃料燃烧后排放的废气造成严重的空气污染，甚至加速气候变化，因此要实现经济、社会的可持续发展，寻找新的替代能源迫在眉睫。氢能作为最洁净、高效的新能源，已经引起全世界的广泛关注。

　　燃料电池（FC）技术的突飞猛进使得氢能的梦想在21世纪开始变成现实。近年来，以氢为动力的燃料电池汽车（FCV）得到了世界各国政府和企业的高度重视，并且取得了重大进展，预计在未来的5--10年内FCV将正式进入市场，以加氢站、输氢管道建设为标志的“氢经济”初露端倪。

　　燃料电池技概群汽车上的应用

　　FC是一种将储存在燃料（氢）和氧化剂（氧）中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置，其过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率可高达80％，产物仅为电、热和水蒸气；而且FC运行平稳，无振动和噪音，所以被认为是21世纪的绿色能源。

　　FC技术在汽车上的应用给汽车产业发展带来了革命性的突破，同时也推动了自身的发展。FC可以用作汽车的（辅助）动力电源，也可以用作辅助电源（APU）。

　　事实上，人们考虑更多的是FC电动汽车（FCEV），它不同于传统汽车，其动力来自FC，而不是内燃机，可以减少燃料消耗，产生更少的污染物排放，当以氢作燃料时，能真正实现汽车的“零排放”，因此更符合人们的经济环保观念。此外，在能量耗尽后， FCEV不像传统的蓄电池电动汽车（BEV）那样需要长时间充电，而只需补充燃料即可继续工作，这一点对汽车驾驶者来说尤为方便。

　　目前开发的FCEV主要用两种类型：纯燃料电池动力车和燃料电池一蓄电池混合动力车。纯燃料电池动力车采用大功率的FC堆栈，以确保在没有后备蓄电池的情况下能提供启动、瞬时加速的动力；而燃料电池--蓄电池混合动力车以蓄电池为主动力，小功率的燃料电池用作续程器。

　　当 FC用作 APU时，汽车使用内燃机驱动，部分燃料通过 FC更有效地转化为电能，它可以为汽

　　车辅助设备提供足够的功率，使汽车变得更舒适、更环保、更安全。

　　汽车用 FC研究最多、最成功的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。PEMFC作为第五代FC，由于具有能量转化率高、低温启动、无电解质泄漏等特点，被公认为最有希望成为电动汽车的理想动力源。但是由于PEMFC需采用贵金属Pt作为电极催化剂，不仅提高了成本；而且限制了燃料只能采用纯氢，因为燃料中的微量CO也可导致Pt中毒。对于甲醇、汽油等燃料，必须经过重整纯化，从而增加了系统的复杂性。近年来，PEMFC技术取得了重大突破，燃料已经实现内重整，使得系统体积大为减少，有望进一步“减负”；更重要的是催化剂中pt载量大为降低，成本问题有望得到解决，当然,现在的氢动力燃料电池车也只是处于试验和少量制造阶段,相信PEMFC汽车在不久的将来能够实现商业化。

 在燃料电池电动汽车领域，我国与国外的差距并不大，也早开展了富有成效的燃料电池级燃料电池电动汽车的研究。

    1998年，清华大学与北京世纪富原燃料电池公司合作研制出了我国第一辆PEM-FC型8座小型电动车。该车装有5KW燃料电池，速度为20km/h，一次加氢可行驶80km

2008年奥运期间，我国自主研发的20辆氢燃料电池轿车完成了首次规模化示范运行，用我们自己的燃料电池电动汽车组成的绿色环保车队接送参赛人员。

上汽，同济大学等研究开发了三代“超越”系列燃料电池轿车动力系统平台和示范样车。北京清华华能通公司也竞相开发出了“清能1号”燃料电池城市客车。一汽，东风。长安，奇瑞等汽车公司也竞相开发出了混合动力汽车性能样车。这些均表明我国也可同样十分关注燃料电池电动汽车，并且燃料电池电动汽车技术水平也已经接近或者到达国外先进水平。

   由于燃料电池电动汽车的价格高，再加上其安全，高效的储氢和运氢等还存在问题，所以燃料电池电动汽车的产业化尚需时日。

       氢燃料电池技术是未来改变人类生活的十大新技术之一，将成为解决石油危机的新途径。

　　其实氢燃料电池已不是什么全新的技术，20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。

　　进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机。

　　全球范围内已经掀起诸多关于氢燃料电池汽车和电动汽车孰是孰非的热议，国内舆论也不乏对中国以纯电驱动为新能源汽车战略取向的质疑。

　　氢燃料电池汽车是终极环保汽车。氢燃料电池汽车零排放，且一次加氢续驶里程长，加氢时间短，相当于汽油车，一直以来被作为新能源汽车技术路线之一。^[1]

　　这么好的技术，为何不能大范围应用呢？

　　1. 氢气的来源问题。氢气不像氮气和氧气是空气中的最主要组成因素，想得到氢气可以通过电解水，但这可是个不太经济的方法，能量损失极大！你想，先从电解水开始，耗费电能，产生氢气，氢气再发电过程中还会有能量损失；电解水的电现在也是以煤电为主发出来的吧，烧煤发电也会有能量损失。

　　2. 金属铂的稀缺。在氢燃料电池发电的过程中会用到金属铂作为催化剂。这种金属就是咱结婚买戒指那个比24K金更贵的那个铂，它少啊，它贵啊，那么大规模生产氢燃料电池，这个铂就是瓶颈，完全没有规模化后成本减少的效应，反而需求越多越贵，这可怎么办好？

　　3. 氢气的安全性。有人说带着氢气瓶就像带个氢弹，到底这个氢气瓶会不会爆炸啊？氢气是最轻的气体，它的扩散性极强，氢的扩散系数比空气大3.8倍，比汽油大7.5倍，由此可以证明氢比汽油安全是有根据的。所以少量的氢气泄漏，可以在空气中很快被稀释成安全的混合气。氢气的比重小，易向上逃逸，这使得事故时氢气的影响范围要小得多。

　　相比氢燃料电池，对于动力电池技术而言，已取得积极进展，并初步具备市场推广条件的电动汽车而言，氢燃料电池汽车仍被作为终极环保汽车，也就是说，插电式汽车、纯电动汽车在市场化进程上仍优先于氢燃料电池汽车。

　　按国际能源署IEA预测，2030年以前，全球新能源汽车市场仍将以插电式汽车、纯电动汽车为主，2030年氢燃料电池汽车在世界汽车销量中的比重约为2%—3%。2030—2050年,插电式汽车、纯电动汽车、氢燃料电池汽车发展顺序和市场大格局保持不变，但氢燃料电池汽车占比将提高到15%左右。