燃料電池氫能汽車將更具前景

世界人口稠密地區(qū)的生態(tài)環(huán)境變差、氣候變暖，在汽車上推廣“清潔技術(shù)”以及成為燃眉之急！

性能良好、污染較少、成本低廉而又便于運(yùn)輸和保存的代用燃料，成了“清潔汽車”的shouxuan。

作為傳統(tǒng)汽車的代用燃料，有甲醇、乙醇、生物燃油等。它們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)上的使用，降低了汽車的有害排放。

但是，上述汽車代用燃料的生產(chǎn)原料還存在問(wèn)題。比如，大規(guī)模地利用植物生產(chǎn)乙醇、生物燃油，會(huì)引發(fā)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上漲。而采用煤炭提取甲醇又會(huì)加劇環(huán)境污染，并且甲醇本身具有一定的毒性。

因此，采用電能來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，成了一種重要的減少汽車排污的途徑。它主要通過(guò)兩種*不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：依靠車載裝置獲得電能或者通過(guò)外部電源對(duì)車載蓄電池進(jìn)行充電。目前，許多汽車生產(chǎn)廠家分別采取這兩種方案，生產(chǎn)出了混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。

電動(dòng)汽車具有排污少，噪音低特點(diǎn)。但是，電動(dòng)汽車只能看作是傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向“清潔汽車”的一個(gè)過(guò)渡。因?yàn)檫@兩種方案都基于蓄電池，要想大規(guī)模地推廣電動(dòng)汽車還面臨著許多問(wèn)題。

一些電動(dòng)汽車上所使用的鉛酸蓄電池，使用壽命短(使用不了4年)、能量密度低(30～40W.h/kg)、充電時(shí)間長(zhǎng)(幾乎要12個(gè)小時(shí))。

而鋰離子電池的電容量能達(dá)到3860A.h/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電容量?jī)H為260 A.h/kg的鉛酸蓄電池，并且在大電流情況下工作時(shí)表現(xiàn)良好，自放電率也較低(每月不超過(guò)5％～10％)。因此，僅幾年來(lái)發(fā)展較快。

不過(guò)，雖然鋰離子電池的某些性能超過(guò)鉛酸蓄電池，但是它也存在著一系列不足。

首先，鋰具有較高活性，在高負(fù)荷工況下可能發(fā)生爆炸。因此，現(xiàn)在鋰離子電池使用的都是鋰的化合物，這自然降低了它的能量密度。

其二，鋰離子電池目前的價(jià)格還很高。不過(guò)，專家們已經(jīng)找到了一些降低其成本的有效方法。比如，把鋰離子電池的鈷電極換成錫電極，此舉能把成本降低一半，并把電池電容量增大50％，同時(shí)充電時(shí)間也大為縮短，在低溫工況下的表現(xiàn)良好。重要的是，這種鋰離子電池的價(jià)格，不會(huì)超過(guò)汽車價(jià)格的10％～15％。這就意味著，鋰離子電池電動(dòng)汽車在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，有望與傳統(tǒng)汽車的價(jià)格相差無(wú)幾。

在汽車展上，不斷涌現(xiàn)的電動(dòng)汽車，證實(shí)了世界各國(guó)汽車公司都在關(guān)注電動(dòng)汽車的研發(fā)。就連在金融危機(jī)陰影籠罩之下的2009美國(guó)底特律汽車展上，世界各大汽車廠家都紛紛推出了不少新的電動(dòng)汽車。

大多數(shù)電動(dòng)汽車使用家用的220V電壓電源充電，一些電動(dòng)汽車的充電時(shí)間只需要10分鐘，各項(xiàng)技術(shù)性能已毫不遜色于傳統(tǒng)汽車。

而且電動(dòng)汽車幾乎要比傳統(tǒng)汽車少耗能一半。一輛轎車的百公里油耗為8L左右(32kW.h)，而一輛電動(dòng)轎車百公里的能耗為15～20 kW.h。

一些人擔(dān)心的是，隨著電動(dòng)汽車保有量的增長(zhǎng)，用電量將會(huì)急劇上升。不過(guò)，可以部分有效使用夜間的“谷電”，減少電網(wǎng)峰值負(fù)荷。

重要的是，推廣電動(dòng)汽車必須大力建設(shè)配套的充電設(shè)施，而眼下一些大城市實(shí)際上并不具備承受傳動(dòng)汽車大量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)汽車的能力。許多居民區(qū)使用的是鋁芯電線，而高壓輸電線和變電站不進(jìn)行大規(guī)模改造就不能保證為大量的電動(dòng)汽車充電。

許多專家認(rèn)為，燃料電池汽車將更具前景。因?yàn)槿剂想姵氐臍淠苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能時(shí)，有效率達(dá)到60％。而渦輪增壓柴油機(jī)的能量轉(zhuǎn)化有效率不超過(guò)50％，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)更是只有30％。并且燃料電池實(shí)現(xiàn)了*。

目前，已經(jīng)有多種燃料電池面世，比如固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,簡(jiǎn)稱SOFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane ，簡(jiǎn)稱PEM)、磷酸燃料電池((Phosphoric Acid Fuel Cells, 簡(jiǎn)稱PAFC)以及堿性燃料電池(alkaline fuel cell，簡(jiǎn)稱AFC)。

其中，質(zhì)子交換膜燃料電池能量轉(zhuǎn)化有效率高達(dá)60％以上，工作溫度只有100℃，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，比較適合用作轎車動(dòng)力裝置。

它的兩極涂有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑(通常是白金)，氫被分解后的氫質(zhì)子直接穿過(guò)交換膜，而電子只能通過(guò)外部電路達(dá)到陰極，從而形成了直流電流，為車輛電機(jī)提供電能。而且氫燃料電池zui后排放出來(lái)的只有水和蒸汽，非常環(huán)保。

但氫燃料的化學(xué)活性較高，缺點(diǎn)不少。比如，它與氧氣混合之后容易遇火爆炸、肉眼無(wú)法觀察到它的燃燒火焰、泄漏之后會(huì)破壞臭氧層等等。不過(guò)，這些缺點(diǎn)已經(jīng)可以通過(guò)一定的技術(shù)*避免。

氫燃料還有熱值高、原料廣的優(yōu)勢(shì)。1kg氫燃料的能量，是1kg汽油的2.8倍。地球上存儲(chǔ)豐富的水資源，可以用來(lái)大量制取氫燃料。

制取氫燃料的方法有多種，比如電解水、甲烷催化、生化反應(yīng)等等。

那么究竟何種方法呢？這取決于原料成本、生產(chǎn)成本以及工藝的環(huán)保性。同時(shí)，氫燃料同傳統(tǒng)石油制品的競(jìng)爭(zhēng)能力將受到油價(jià)波動(dòng)的影響。

2008年上半年世界原油價(jià)格為120～140美元／桶，而到了2009年初時(shí)又降至40美元左右／桶。在世界經(jīng)濟(jì)走出金融風(fēng)暴影響之后，原油價(jià)格有望走高。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2020年時(shí)，原油價(jià)格將會(huì)達(dá)到100～200美元／桶(約合0.44～0.8美元／kg)。

1kg氫燃料的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1kg汽油的價(jià)格。但是考慮到燃料電池的能量轉(zhuǎn)換有效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)，因此無(wú)論是氫燃料還是汽油，其單位能量的價(jià)格實(shí)際上是很接近的。

如果再考慮石油開(kāi)采、加工及成品油儲(chǔ)運(yùn)對(duì)環(huán)境的污染，那么使用氫燃料是更佳的選擇！

zui為經(jīng)濟(jì)的是燃料電池使用通過(guò)電解水、甲烷催化、煤炭氣制取的氫氣。燃料電池使用通過(guò)風(fēng)能發(fā)電電解水和固定電站發(fā)電電解水，不太合算。

如果未來(lái)汽油價(jià)格大幅上揚(yáng)，那么燃料電池汽車選擇采用不同技術(shù)生產(chǎn)的氫燃料的范圍就被拓寬了。

而另一方面，燃料電池所用的白金用量在不斷減少，從而降低了燃料電池的成本。在白金用量減少到0.8g/kW時(shí)，燃料電池的成本也相應(yīng)降到了100～120美元／kW。

當(dāng)燃料電池的成本進(jìn)一步降低到50～80美元／kW時(shí)，它將具有內(nèi)燃機(jī)無(wú)可比例的優(yōu)勢(shì)。

毫無(wú)疑問(wèn)，屆時(shí)它將逐漸取代內(nèi)燃機(jī)！