燃料电池电动汽车的发展

燃料电池电动汽车的发展

1.1工作原理

燃料电池严格意义上讲是一种能量发生装置，它的结构与一般电池相同，但是工作方式与普通的电池有所不同，虽然两者均由正负两个电极以及相应的电解质组成。燃料电池可以持续的将化学能转化为电能。只要燃料和氧化剂可以持续的供给，燃料电池就能连续地发电。同时，我们还可以通过改变化学反应的条件来改变能量转换的速率，实现不同功率的输出，可以说，燃料电池是工作更为温和，效率更高（燃料电池的效率一般高于60%【1】，远高于内燃机的30%~40%）的内燃机。

1.2特点

1.燃料电池的能量转换效率高：由于燃料电池采用电化学反应，与内燃机的气体膨胀做功方式不同。燃料电池的能量转换过程中不涉及燃烧，理论转换效率高达100%（但由于电化学反应也不可避免的要生成热量，实际效率一般为60%~80%），使用效率更可达普通内燃机的2－3倍。

2.真正清洁无污染：由燃料电池的工作方式看，燃料电池对环境无污染。燃料电池是通过电化学反应,而不是采用燃烧（化石燃料）或储能(蓄电池)方式输出能量。燃烧会释放如CO2、NO2、SO2

等温室与有害气体以及粉尘等污染物。相对而言，燃料电池正常工作时只产生水和热（产热很小）。如果氢是通过可再生能源产生的，那么就可以做到真正的清洁无污染。虽然蓄电池工作过程中也不产生环境污染，但是蓄电池的制造过程一般会对环境造成较大的负面，例如市面上采用最为广泛的聚合物锂离子电池、镍氢蓄电池等可充电电池，在生产时要用到镍、锂等难炼制金属，而且镍、锂矿的开采以及镍、锂（锂是极活泼元素）的提取需要耗费巨大的资源，间接造成了环境的污染。

3.安静无噪声：燃料电池运行安静,没有机械运动部件，噪声大约只有55dB,仅仅相当于人们正常交谈的水平。

4．能量密度高，功率输出平稳：通过改变燃料电池的反应条件，甚至可以瞬时将输出功率提高到额定功率的200%。

5.燃料补充方便：可以以氢气、甲醇、天然气等作为资源，可以方便的利用现成的加油站系统改造燃料电池汽车所需的加氢站，加气站。

1.3 与普通蓄电池的区别

1.燃料电池是将燃料的化学能转变为电能的装置（严格意义上讲燃料电池不是电池，只是一个能量生成装置）。但燃料电池在产生电能时，参加电化学反应的燃料在经过反应后，被不断地消耗且生成不可重新利用的反应物。因此，燃料电池需要不断地输入燃料。燃料电池的技术性能确定后，只要源源不绝地供给燃料，就可以源源不绝

地产生电能，其放电特性是连续进行的，但是燃料电池不可以充电。

2.普通蓄电池是一种能量储存装置，只存储电能，不产生电能。蓄电池的活性物质随蓄电池的充电和放电反复进行可逆性化学变化，活性物质一般不会产生消耗。普通蓄电池的技术性能确定后，必须先充电，将电能储存到电池中，才能在工作时输出电能，而且在电能消耗完后，必须在重复充电后才可能重复使用，其放电特性是循环进行的，而且使用寿命一般与燃料电池相比较短。

2 燃料电池汽车结构与特点

燃料电池汽车按燃料种类可分为：1.以纯氢气为燃料的燃料电池汽车2.以、天然气，汽油等富含氢原子的烃类物质经改质后产生的氢气为燃料的燃料电池汽车。按电源系统的配置不同，可分为：1.燃料电池直接驱动型2.燃料电池与蓄电池混合电源型。3.燃料电池与超级电容器混合电源型。4.燃料电池与蓄电池及超级电容多电源型。第一种由于效率较低，一般很少使用。现在的主流燃料电池汽车一般均使用第2，3，4三种能量供应方式。本文下面将以Honda FCX Clarity 为例（采用燃料电池与辅助电池作为车辆能源）简要介绍燃料电动汽车结构。2007年，本田（Honda）发布了其旗下的首款市场化的氢氧燃料电池汽车

-Honda FCX Clarity,一款真正体现了绿色、节能与环保的汽车。2010年本田发布了其旗下的新一代FCX Clarity，但考虑到昂贵的价格以及燃料供应的问题，FCX现在只在日本以及美国的少数地区租赁销

售。FCX在租赁期间，包括保养费及保险费在内的租金将是三年每月600美元。

2010年本田推出了新一代的FCX Clarity,在燃料电池技术，以及整车的细节设计上都有了较大的改进。Honda FCX Clarity可以通过加氢站向车辆添加燃料，具Honda官方数据，Honda FCX Clarity在一次加满燃料时，可以连续行驶570Km，最高时速更是达到了160Km/h。远非一般的电动汽车可比，普通的蓄电池电动汽车由于受制于电池本身结构的限制，存储的能量有限，严重限制了电动汽车的续航里程，现在市售的典型纯电动汽车，如2011年10月26日，在深圳正式上市的定名为e6先行者的比亚迪纯电动车，售价达36.98万，一次充满电后最多仅可以一次行驶300多公里。最高时速也仅仅可以达到140Km/h.仅仅从技术指标来看，燃料电池汽车具有一般电动汽车无法比拟的优势。

3 燃料电池存在的问题及难点

燃料电池汽车最大优点是清洁、无污染，所排出的唯一废弃物为水分。各大汽车厂商都认为近期内有可能取代传统汽车的清洁交通工具只有燃料电池车。为此，它们纷纷敦促本国政府制定相关的产业政策，美国能源部已制订了“氢计划”，提出要在2010 年让燃料电池车在汽车市场上占据25%，日本经济产业不久前提出的发展目标是在2010 年前要把汽车用燃料电池的价格降低到普通汽油发动机的水平，并且要首先从政府机关开始普及燃料电池车。虽然燃料电池电动汽车

近些年来取得了很大进展，但由于目前还存在一些难以在短期内解决的技术问题，影响了它的实用化进程。其主要难点有：

1) 固体高分子质子交换膜燃料电池（PEMFC）还需要贵金属铂作为催化剂，它不仅价格昂贵，而且产量小。目前世界铂金的年产量仅70 吨，按现在燃料电池的用量计算，仅够30 万辆左右的汽车使用。因此，必须研究出铂金的代用材料，方有可能大量推广使用。

2) 氢气的来源、储存以及将燃料（石油、天然气、煤、甲醇及其它非石油基燃料）转为氢气的重整器问题尚未解决。特别是重整器，它是一个小化工厂，要求体积小、重量轻、安全可靠，适宜车上安装，且价格便宜，其难度更大。

3) 防止CO 对燃料电池电极的毒化作用。在氢燃料中即使有微量的CO、都会显著降低催化活性，使电池性能急剧下降。因此，必须严格控制CO 数量。

4) 燃料电池工作时水分的调节控制。在工作中，水分过多或过少，都将大大影响燃料电池的性能。因此，必须将水分严格控制在一定范围内。

5) 价格问题。目前的燃料电池价格虽有大幅度的下降，但还是太高，目前大约要（500 美元/kW）以上，目标要求达到30～50 美元，