燃料電池車(chē)

　　燃料電池車(chē)是電動(dòng)車(chē)的一種，其電池的能量是通過(guò)氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過(guò)燃燒，直接變成電能的。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車(chē)輛是無(wú)污染汽車(chē)，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(chē)是一種理想的車(chē)輛。

　　名稱(chēng)：燃料電池車(chē)　　優(yōu)點(diǎn)：無(wú)污染、效率高

　　電池能量來(lái)源：氫氣和氧氣的化學(xué)作用　　相關(guān)問(wèn)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(wèn)題

　　3 發(fā)展前景

　　原理：燃料電池汽車(chē)的氫燃料能通過(guò)幾種途徑得到。有些車(chē)輛直接攜帶著純氫燃料，另外一些車(chē)輛有可能裝有燃料重整器，能將烴類(lèi)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(mǎn)足車(chē)輛使用的要求。

　　相關(guān)問(wèn)題：燃料電池車(chē)輛需要解決的問(wèn)題

　　對(duì)于純?nèi)剂想姵剀?chē)或基于氫能源的其他類(lèi)型車(chē)，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(wèn)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(lái)說(shuō)，燃料電池電動(dòng)車(chē)尚需攻克的解決的問(wèn)題主要有：

　　(1)氫氣燃料的供給

　　燃料電池電動(dòng)車(chē)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(chē)，燃料電池電動(dòng)車(chē)的燃料電池可視為小型發(fā)電廠(chǎng)，且燃料電池電動(dòng)車(chē)可以改善傳統(tǒng)電池過(guò)重、電能容量及長(zhǎng)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(guò)程中只有水份的排放，是清凈的動(dòng)力能源。而這些都依賴(lài)于氫能源的充足供給。

　　以國(guó)外的情形為例：日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省原來(lái)預(yù)估2010年底，燃料電池電動(dòng)車(chē)可以達(dá)到5萬(wàn)臺(tái)，2020年達(dá)到500萬(wàn)臺(tái)的目標(biāo)，目前看來(lái)似乎有些過(guò)熱，各個(gè)車(chē)廠(chǎng)開(kāi)始以較務(wù)實(shí)的態(tài)度對(duì)應(yīng)這件事情。Toyota預(yù)定2003年燃料電池電動(dòng)車(chē)商品化，且希望將價(jià)格訂在日幣1000萬(wàn)元以下才具產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。但短期內(nèi)，燃料電池價(jià)格不易降至數(shù)百萬(wàn)日元內(nèi)。同期從事研發(fā)工作的Honda、Daimler Chrysler、Ford等車(chē)廠(chǎng)都認(rèn)為燃料電池電動(dòng)車(chē)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(chē)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(zhǎng)，以?xún)?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(shì)。

　　(2)燃料重組

　　燃料重組，最大的問(wèn)題在于重組過(guò)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(cè)試(fleettest)的甲醇重組方式燃料電池電動(dòng)車(chē)，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(wèn)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(chē)優(yōu)越，但燃料重組時(shí)大型冷卻風(fēng)扇噪音問(wèn)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(chē)因兼顧能源效率與噪音問(wèn)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(chē)的顯著優(yōu)勢(shì)。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(cè)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(chē)才具有挑戰(zhàn)性!”甲醇與汽油重組衍生的各種問(wèn)題，特別是高溫，是燃料電池電動(dòng)車(chē)普及化的一大障礙。另外，高效率的重組器開(kāi)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(chē)未來(lái)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(wèn)題點(diǎn)。目前即使是氣密性最佳的燃料容器，充氣后長(zhǎng)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(chē)，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(wèn)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(wàn)臺(tái)的燃料電池電動(dòng)車(chē)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(chē)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(chē)以外發(fā)生的場(chǎng)所罷了。

　　為了不增加制造純氫氣燃料時(shí)所帶來(lái)的環(huán)境污染，以太陽(yáng)能發(fā)電的電力對(duì)水產(chǎn)生電解制造純氫氣似乎可行。實(shí)際上，Honda在美國(guó)加州的研發(fā)中心即利用太陽(yáng)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(chē)單以太陽(yáng)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(chē)為例，每天可行駛37.4km，一年可累積里程13,680km，基本上可以滿(mǎn)足普通行駛要求。不過(guò)、配置在每臺(tái)燃料電池電動(dòng)車(chē)上的太陽(yáng)電池面積是車(chē)輛平面投影面積的4倍，太陽(yáng)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(chǎng)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(kāi)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(chē)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(méi)有被放棄，歐美日、甚至中國(guó)車(chē)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(kāi)年，全球汽車(chē)廠(chǎng)家間合作開(kāi)發(fā)FCV(燃料電池汽車(chē))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(kāi)發(fā)2020款車(chē)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(kāi)發(fā)FCV(燃料電池汽車(chē))。戴姆勒將與福特共同開(kāi)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(chē)。如果這些合作開(kāi)發(fā)富有成果，F(xiàn)CV將會(huì)在2、3年后開(kāi)始在市場(chǎng)上銷(xiāo)售。[2]