燃料電池車

　　燃料電池車是電動(dòng)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(huì)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(diǎn)：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(gè)的燃料電池必須結(jié)合成燃料電池組，以便獲得必需的動(dòng)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="doj87io" 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(huì)網(wǎng)絡(luò)化的儲(chǔ)氫站是一個(gè)重要的問題

　　據(jù)了解，儲(chǔ)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(chǔ)存氫;具體來說，燃料電池電動(dòng)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(dòng)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(dòng)馬達(dá)而得以行駛。相較于傳統(tǒng)電動(dòng)車，燃料電池電動(dòng)車的燃料電池可視為小型發(fā)電廠，且燃料電池電動(dòng)車可以改善傳統(tǒng)電池過重、電能容量及長時(shí)間充電的缺點(diǎn)，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(dòng)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(dòng)車可以達(dá)到5萬臺(tái)，2020年達(dá)到500萬臺(tái)的目標(biāo)，目前看來似乎有些過熱，各個(gè)車廠開始以較務(wù)實(shí)的態(tài)度對應(yīng)這件事情。Toyota預(yù)定2003年燃料電池電動(dòng)車商品化，且希望將價(jià)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(jià)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(dòng)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(dòng)車可以純氫氣為燃料，抑或以碳?xì)湎等剂先缂状肌⑻烊粴?、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(chǔ)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(shí)溫度約300℃，汽油重組時(shí)的溫度則高達(dá)800℃(碳與氫分子鍵結(jié)強(qiáng)，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(dòng)車，因?yàn)楦邷囟枰渲么笮屠鋮s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(yùn)轉(zhuǎn)等)仍較傳統(tǒng)電動(dòng)汽車優(yōu)越，但燃料重組時(shí)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(huì)造成能量消耗，燃料重組方式燃料電池電動(dòng)車因兼顧能源效率與噪音問題，事實(shí)上、較Toyota的Prius的復(fù)合動(dòng)力能源效率相異不大，看不出燃料電池電動(dòng)車的顯著優(yōu)勢。更何況燃料重組時(shí)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)存方式

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

　　氫氣燃料儲(chǔ)存方式有高壓儲(chǔ)氫(compressedhydrogengas)，可能引發(fā)安全上的顧慮，理論上較高的壓力儲(chǔ)氫量越多，但高壓儲(chǔ)氫材料容器的價(jià)格昂貴，尤其是燃料電池電動(dòng)車，這種移動(dòng)式載具必須考慮碰撞的安全性;低溫儲(chǔ)氫，要儲(chǔ)存氫氣燃料于-273℃環(huán)境，其所需低溫儲(chǔ)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(chǔ)氫合金(metalhydride，儲(chǔ)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(tái)的燃料電池電動(dòng)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(shí)亦會(huì)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(dòng)車互為矛盾，其實(shí)只是CO2排放只是改變?yōu)槿剂想姵仉妱?dòng)車以外發(fā)生的場所罷了。

　　為了不增加制造純氫氣燃料時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(tái)燃料電池電動(dòng)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(gè)課題!

　　(5)燃料電池價(jià)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(jì)短期內(nèi)不易降至量產(chǎn)化價(jià)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(shí)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。現(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(xiàng)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(huì)在2、3年后開始在市場上銷售。[2]