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什么是燃料電池汽車？燃料電池電動汽車優(yōu)點

• 汽車工程研究生

車載燃料電池裝置所使用的燃料一般是高純度氫氣或含氫燃料經重整所得到的高含氫重整氣，通過氫氧之間發(fā)生的化學反應產生電能變成動力驅動車輛行駛。所以燃料電池汽車是一種電動車，但是與一般的電動車不同，燃料電池汽車在沒電的時候不是對電池充電，而是補充燃料進行發(fā)電來帶動電動機，是一種用車載燃料電池裝置產生的電力作為動力的汽車。

也就是說，燃料電池汽車類似于串聯(lián)式的混合動力汽車，只是不需要將發(fā)動機輸出的機械能轉化成電能的這個過程，而是直接將燃料的化學能轉化成電能，而且這個過程的效率比發(fā)動機的熱效率高得多。

相對于其他類型的汽車，料電池汽車主要具有以下優(yōu)點：

(1)能量轉化效率高，效率較為理想。目前車用燃料電池發(fā)動機的綜合效率已可達 40%~50%，而傳內燃機的這一效率一般只有12%~15%；

(2)近似零排放，氫燃料電池組的最終產物是水且基本無廢氣排放；

(3)不受續(xù)駛里程的限制，可以像傳統(tǒng)汽車那樣快速的加燃料。因為燃料電池汽車普遍采用高壓氫氣儲存罐的方式來存儲氫氣，相對于純電動汽車不需要外部充電，且保證了燃料電池汽車的續(xù)駛里程；

(4)傳動系統(tǒng)結構簡化，燃料電池汽車驅動系統(tǒng)省去了復雜的動力傳動裝置，而僅采用電動機來驅動，可以減少功率損失提升了傳動效率，和其他的電動汽車一樣也可以方便實現(xiàn)無級變速和制動能量回收；

(5)對傳統(tǒng)能源的零依賴：燃料電池的主要燃料氫除了可以從天然氣、石油等制取，還可通過電解水得到，隨著技術的發(fā)展，氫氣的制取會更加安全廉價和環(huán)保。

但是燃料電池汽車也有一系列的缺點，主要是制造和使用成本太高，氫的儲存困難，燃料電池啟動時間長，當前沒有合適的經濟的制氫技術等。

• 有車大師

優(yōu)點

與傳統(tǒng)汽車、純電動汽車技術相比，燃料電池電動汽車具有以下優(yōu)點。

①零排放或近似零排放，綠色環(huán)保。

燃料電池電動汽車在本質上是一種零排放汽車，燃料電池沒有燃燒過程，若以純氫作燃料，通過電化學的方法，將氫和氧結合，生成物是清潔的水；采用其他富氫有機化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生成物除水之外還可能有少量的C02，但其排放量比內燃機要少得多，且沒有其他污染排放（如氧化氮、氧化硫、碳氫化物或微粒）問題，接近零排放。與傳統(tǒng)汽車相比既減少了機油泄漏帶來的水污染，又降低了溫室氣體的排放。

②能量轉換效率高，節(jié)約能源。

燃料電池的能量轉換效率極高。燃料電池沒有活塞或渦輪等機械部件及中間環(huán)節(jié)，不經歷熱機過程，不受熱力循環(huán)（卡諾循環(huán)）限制，故能量轉換效率高，燃料電池的化學能轉換效率在理論上可達100%，實際效率已達60%～80%，是普通內燃機熱效率的2～3倍(汽油機和柴油機汽車整車效率分別為16%-18%和22%～24%)。因此，從節(jié)約能源的角度來看，燃料電池汽車明顯優(yōu)于使用內燃機的普通汽車。

③燃料多樣化，優(yōu)化了能源消耗結構。

燃料電池所使用的氫燃料來源廣泛，自然界中，氫能大量存儲在水中，可采用水分解制氫，也可以從可再生能源獲得，可取自天然氣、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。燃料來源的多樣化有利于能源供應安全和利用現(xiàn)有的交通基礎設施（如加油站等）。燃料電池不依賴石油燃料，各種可再生能源可以轉化為氫能加以有效利用，減少了對石油資源的依賴，優(yōu)化了交通能源的構成。

④續(xù)駛里程長，性能優(yōu)于其他電池的電動汽車。

采用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)作為能量源，克服了純電動汽車續(xù)駛里程短的缺點，其長途行駛能力及動力性已經接近于傳統(tǒng)汽車。燃料電池汽車可以車載發(fā)電，只要帶上足夠的燃料，它可以把我們送到任何想去的地方。燃料電池電動汽車在成本和整體性能上（特別是行程和補充燃料時間上）明顯優(yōu)于其他電池的電動汽車。

⑤過載能力強。

燃料電池除了在較寬的工作范周內具有較高的工作效率外，其短時過載能力可達額定功率的200%或更大，更適合于汽車的加速、爬坡等工況．燃料電池的短時過載能力可達200%的額定功率。

⑥運行平穩(wěn)、低噪聲。

燃料電池屬于靜態(tài)能量轉換裝置，除了空氣壓縮機和冷卻系統(tǒng)以外無其他運動部件，因此與內燃機汽車相比，擺脫了馬達的轟鳴，運行過程中噪聲和振動都較小。

缺點

汽車業(yè)界普遍認同的一個觀點是，燃料電池技術是內燃機技術最好的替代物，代表了汽車未來的發(fā)展方向。但如果將發(fā)展燃料電池汽車的幾個制約因素考慮進來，則會發(fā)現(xiàn)燃料電池汽車目前和今后一段時間尚不具備商業(yè)化的條件。

①燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高。

制約燃料電池汽車推廣應用的最大因素之一是燃料電池的生產成本一直居高不下。如何降低燃料電池的生產成本成為燃料電池汽車實用化的關鍵。據(jù)美國能源部測算，目前燃料電池的生產成本已降為500美元／kN。專家估計，只有當燃料電池的生產成本降至50美元／kW的水平才能為消費者所接受．也就是說．當一臺80kW的汽車用燃料電池的成本降到目前汽油發(fā)動機的3500美元的價格時，才能創(chuàng)造巨大的市場效益。從市場經濟學角度講，高成本很難完成市場化推廣，而無法實現(xiàn)市場化就不可能大規(guī)模批量生產，進而成本就無法降下來，最終導致成本與銷售的惡性循環(huán)。

另一方面，燃料電池汽車的使用成本過也高，氫氣的售價并不廉價，因此燃料電池車的運行成本并不令人樂觀。目前由燃料電池發(fā)電系統(tǒng)提供lkW·h電能的成本遠高于各種動力電池，這從一個側面反映了作為汽車動力源，燃料電池還有相當遠的距離。

②啟動時間長，系統(tǒng)抗震能力還需提高。

采用氫氣為燃料的FCEV啟動時間一般需要超過3min，而采用甲醇或者汽油重整技術的FCEV則長達lOmin，比起內燃機汽車啟動的時間長得多，影響其機動性能。此外，當FCEV受到振動或者沖擊時，各種管道的連接和密封的可靠性需要進一步的提高，以防止泄漏，降低效率，嚴重時引發(fā)安全事故。

③經濟且無污染地獲取純氫燃料還存在技術難點。

通過重整或改質技術轉化傳統(tǒng)的化石燃料獲取純氫天然氣，不僅要消耗大量的能量，而且并沒有從根本上擺脫對化石能的依賴，也沒有從根本上消除對環(huán)境的污染。自然界中，氫能大量存儲在水中，雖然取之不盡，但直接使用熱分解或是電解的辦法從水中制氫顯然不劃算。因此多數(shù)科學家都將目光轉向了利用太陽能，但是還存在許多技術障礙。目前，他們正在進行太陽能分解水制氫、太陽能發(fā)電電解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫等方面的研究。只有到了能以再生性能源廉價地生產出氫燃料，氫燃料電池民用汽車的燃料問題才算獲得了根本性解決。

④氫燃料電池汽車燃料的供應還有大量的技術問題有待解決。

通常氫能以三種狀態(tài)存儲和運輸：高壓氣態(tài)、液態(tài)和氫化物形態(tài)。用常用的壓縮氣體罐儲存的氫，只能供燃料電池汽車行駛150km，續(xù)駛里程太短，還不如蓄電池驅動的汽車。由于氫氣是最小的分子，很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都有可能造成極度可怕的后果。而在-253℃的條件下儲存液氫的深度制冷技術目前還很不成熟．就全球來說，目前能夠加液氫的加氫站也沒有幾家。值得欣慰的是，儲氫材料的開發(fā)已取得了一定的進展。

⑤供應燃料輔助設備復雜，且質量和體積較大。

在以甲醇或者汽油為燃料的FCEV中，經重整器出來的“粗氫氣”含有使催化劑“中毒”失效的少量有害氣體，必須采用相應的凈化裝置進行處理，增加了結構和工藝的復雜性，并使系統(tǒng)變得笨重。目前普遍采用氫氣燃料的FCEV，因需要高壓、低溫和防護的特種儲存罐，導致體積龐大，也給FCEV的使用帶來了許多不便。

⑥稀有金屬鉑金Pt被大量應用也制約著燃料電池電動汽車的推廣應用。

稀有金屬鉑金作為燃料電池必不可少的反應催化劑，按照現(xiàn)有燃料電池對鉑金的消耗量，地球上所有的鉑金儲量都用來制作車用燃料電池，也只能滿足幾百萬輛車的需求。

⑦加氫站等基礎網絡設施建設幾乎為零。

目前全球范圍內投入使用的加氫站僅有100多家，且大部分是用于實驗用途的。如果說技術和成本是科研機構和企業(yè)通過努力可以自行解決的問題，那么相應的配套設施建設則不是舉一人之力可以完成的，需要國家政策、產業(yè)鏈條、基礎設施建設等多方面的準備，并及時制定完善的行業(yè)標準和規(guī)范 加氫站等基礎設施建設，既涉及城市規(guī)劃、交通、電力等問題，又要解決投資和經營者的獲利問題，同時還要有效解決加氫的核心技術和統(tǒng)一標準等問題。對于有一定行駛區(qū)間的公交車而言，這個問題可能容易解決，但是對于私家車而言要解決這些問題就任重而道遠了。

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