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什么是燃料電池汽車？燃料電池電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)

• 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(jīng)重整所得到的高含氫重整氣，通過氫氧之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能變成動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛行駛。所以燃料電池汽車是一種電動(dòng)車，但是與一般的電動(dòng)車不同，燃料電池汽車在沒電的時(shí)候不是對(duì)電池充電，而是補(bǔ)充燃料進(jìn)行發(fā)電來帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動(dòng)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(dòng)力汽車，只是不需要將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的這個(gè)過程，而是直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，而且這個(gè)過程的效率比發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率高得多。

相對(duì)于其他類型的汽車，料電池汽車主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)能量轉(zhuǎn)化效率高，效率較為理想。目前車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合效率已可達(dá) 40%~50%，而傳內(nèi)燃機(jī)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(chǎn)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?yàn)槿剂想姵仄嚻毡椴捎酶邏簹錃鈨?chǔ)存罐的方式來存儲(chǔ)氫氣，相對(duì)于純電動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)省去了復(fù)雜的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，而僅采用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，可以減少功率損失提升了傳動(dòng)效率，和其他的電動(dòng)汽車一樣也可以方便實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速和制動(dòng)能量回收；

(5)對(duì)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(shù)的發(fā)展，氫氣的制取會(huì)更加安全廉價(jià)和環(huán)保。

但是燃料電池汽車也有一系列的缺點(diǎn)，主要是制造和使用成本太高，氫的儲(chǔ)存困難，燃料電池啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)前沒有合適的經(jīng)濟(jì)的制氫技術(shù)等。

• 有車大師

優(yōu)點(diǎn)

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

①零排放或近似零排放，綠色環(huán)保。

燃料電池電動(dòng)汽車在本質(zhì)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(xué)的方法，將氫和氧結(jié)合，生成物是清潔的水；采用其他富氫有機(jī)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(nèi)燃機(jī)要少得多，且沒有其他污染排放（如氧化氮、氧化硫、碳?xì)浠锘蛭⒘＃﹩栴}，接近零排放。與傳統(tǒng)汽車相比既減少了機(jī)油泄漏帶來的水污染，又降低了溫室氣體的排放。

②能量轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)約能源。

燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率極高。燃料電池沒有活塞或渦輪等機(jī)械部件及中間環(huán)節(jié)，不經(jīng)歷熱機(jī)過程，不受熱力循環(huán)（卡諾循環(huán)）限制，故能量轉(zhuǎn)換效率高，燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率在理論上可達(dá)100%，實(shí)際效率已達(dá)60%～80%，是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的2～3倍(汽油機(jī)和柴油機(jī)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(nèi)燃機(jī)的普通汽車。

③燃料多樣化，優(yōu)化了能源消耗結(jié)構(gòu)。

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(chǔ)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(yīng)安全和利用現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)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(zhuǎn)化為氫能加以有效利用，減少了對(duì)石油資源的依賴，優(yōu)化了交通能源的構(gòu)成。

④續(xù)駛里程長(zhǎng)，性能優(yōu)于其他電池的電動(dòng)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(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺點(diǎn)，其長(zhǎng)途行駛能力及動(dòng)力性已經(jīng)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(dòng)汽車在成本和整體性能上（特別是行程和補(bǔ)充燃料時(shí)間上）明顯優(yōu)于其他電池的電動(dòng)汽車。

⑤過載能力強(qiáng)。

燃料電池除了在較寬的工作范周內(nèi)具有較高的工作效率外，其短時(shí)過載能力可達(dá)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(shí)過載能力可達(dá)200%的額定功率。

⑥運(yùn)行平穩(wěn)、低噪聲。

燃料電池屬于靜態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，除了空氣壓縮機(jī)和冷卻系統(tǒng)以外無其他運(yùn)動(dòng)部件，因此與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，擺脫了馬達(dá)的轟鳴，運(yùn)行過程中噪聲和振動(dòng)都較小。

缺點(diǎn)

汽車業(yè)界普遍認(rèn)同的一個(gè)觀點(diǎn)是，燃料電池技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)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(gè)制約因素考慮進(jìn)來，則會(huì)發(fā)現(xiàn)燃料電池汽車目前和今后一段時(shí)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(yīng)用的最大因素之一是燃料電池的生產(chǎn)成本一直居高不下。如何降低燃料電池的生產(chǎn)成本成為燃料電池汽車實(shí)用化的關(guān)鍵。據(jù)美國(guó)能源部測(cè)算，目前燃料電池的生產(chǎn)成本已降為500美元／kN。專家估計(jì)，只有當(dāng)燃料電池的生產(chǎn)成本降至50美元／kW的水平才能為消費(fèi)者所接受．也就是說．當(dāng)一臺(tái)80kW的汽車用燃料電池的成本降到目前汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的3500美元的價(jià)格時(shí)，才能創(chuàng)造巨大的市場(chǎng)效益。從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度講，高成本很難完成市場(chǎng)化推廣，而無法實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化就不可能大規(guī)模批量生產(chǎn)，進(jìn)而成本就無法降下來，最終導(dǎo)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(jià)并不廉價(jià)，因此燃料電池車的運(yùn)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(yuǎn)高于各種動(dòng)力電池，這從一個(gè)側(cè)面反映了作為汽車動(dòng)力源，燃料電池還有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。

②啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)抗震能力還需提高。

采用氫氣為燃料的FCEV啟動(dòng)時(shí)間一般需要超過3min，而采用甲醇或者汽油重整技術(shù)的FCEV則長(zhǎng)達(dá)lOmin，比起內(nèi)燃機(jī)汽車啟動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)得多，影響其機(jī)動(dòng)性能。此外，當(dāng)FCEV受到振動(dòng)或者沖擊時(shí)，各種管道的連接和密封的可靠性需要進(jìn)一步的提高，以防止泄漏，降低效率，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)安全事故。

③經(jīng)濟(jì)且無污染地獲取純氫燃料還存在技術(shù)難點(diǎn)。

通過重整或改質(zhì)技術(shù)轉(zhuǎn)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(duì)化石能的依賴，也沒有從根本上消除對(duì)環(huán)境的污染。自然界中，氫能大量存儲(chǔ)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(xué)家都將目光轉(zhuǎn)向了利用太陽能，但是還存在許多技術(shù)障礙。目前，他們正在進(jìn)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(jià)地生產(chǎn)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(yīng)還有大量的技術(shù)問題有待解決。

通常氫能以三種狀態(tài)存儲(chǔ)和運(yùn)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(chǔ)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(qū)動(dòng)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(chǔ)存液氫的深度制冷技術(shù)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(chǔ)氫材料的開發(fā)已取得了一定的進(jìn)展。

⑤供應(yīng)燃料輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大。

在以甲醇或者汽油為燃料的FCEV中，經(jīng)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(yīng)的凈化裝置進(jìn)行處理，增加了結(jié)構(gòu)和工藝的復(fù)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(hù)的特種儲(chǔ)存罐，導(dǎo)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(yīng)用也制約著燃料電池電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用。

稀有金屬鉑金作為燃料電池必不可少的反應(yīng)催化劑，按照現(xiàn)有燃料電池對(duì)鉑金的消耗量，地球上所有的鉑金儲(chǔ)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(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)幾乎為零。

目前全球范圍內(nèi)投入使用的加氫站僅有100多家，且大部分是用于實(shí)驗(yàn)用途的。如果說技術(shù)和成本是科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)通過努力可以自行解決的問題，那么相應(yīng)的配套設(shè)施建設(shè)則不是舉一人之力可以完成的，需要國(guó)家政策、產(chǎn)業(yè)鏈條、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多方面的準(zhǔn)備，并及時(shí)制定完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，既涉及城市規(guī)劃、交通、電力等問題，又要解決投資和經(jīng)營(yíng)者的獲利問題，同時(shí)還要有效解決加氫的核心技術(shù)和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等問題。對(duì)于有一定行駛區(qū)間的公交車而言，這個(gè)問題可能容易解決，但是對(duì)于私家車而言要解決這些問題就任重而道遠(yuǎn)了。

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