燃料電池汽車--未來“氫經(jīng)濟(jì)”的動力.doc

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1、燃料電池汽車--未來“氫經(jīng)濟(jì)”的動力、引言　　早在19世紀(jì)法國科幻小說鼻祖凡爾納的小說中，預(yù)想家們就預(yù)言，有朝一日社會將通過以氫為基礎(chǔ)的能源而被徹底改造。這種重量很輕的氣體是宇宙中最豐富的元素，它能夠從水中制成；它出奇地潔凈；燃燒時(shí)排放出基本上是新鮮的蒸汽。當(dāng)被輸人到產(chǎn)生電力的燃料電池中時(shí)，它提供空前的效率一這些電化學(xué)反應(yīng)堆從燃料中所攝取的有用能量高達(dá)內(nèi)燃機(jī)的兩倍?！　‘?dāng)人類步人21世紀(jì)，開始面臨著巨大的能源壓力。傳統(tǒng)的能源（主要是不可再生的化石燃料）正日趨枯竭，過度依賴石油進(jìn)口引起地緣政治不穩(wěn)定而且化石燃料燃燒后排放的

2、廢氣造成嚴(yán)重的空氣污染，甚至加速氣候變化，因此要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展，尋找新的替代能源迫在眉睫。氫能作為最潔凈、高效的新能源，已經(jīng)引起全世界的廣泛關(guān)注。　　燃料電池（FC）技術(shù)的突飛猛進(jìn)使得氫能的夢想在21世紀(jì)開始變成現(xiàn)實(shí)。近年來，以氫為動力的燃料電池汽車（FCV）得到了世界各國政府和企業(yè)的高度重視，并且取得了重大進(jìn)展，預(yù)計(jì)在未來的5--10年內(nèi)FCV將正式進(jìn)人市場，以加氫站、輸氫管道建設(shè)為標(biāo)志的“氫經(jīng)濟(jì)”初露端倪。二、燃料電池技概群汽車上的應(yīng)用　　FC是一種將儲存在燃料（氫）和氧化劑（氧）中的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)

3、直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其過程不涉及燃燒，無機(jī)械損耗，能量轉(zhuǎn)化率可高達(dá)80％，產(chǎn)物僅為電、熱和水蒸氣；而且FC運(yùn)行平穩(wěn)，無振動和噪音，所以被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色能源?！　C技術(shù)在汽車上的應(yīng)用給汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了革命性的突破，同時(shí)也推動了自身的發(fā)展。FC可以用作汽車的（輔助）動力電源，也可以用作輔助電源（APU）?！　∈聦?shí)上，人們考慮更多的是FC電動汽車（FCEV），它不同于傳統(tǒng)汽車，其動力來自FC，而不是內(nèi)燃機(jī)，可以減少燃料消耗，產(chǎn)生更少的污染物排放，當(dāng)以氫作燃料時(shí)，能真正實(shí)現(xiàn)汽車的“零排放”，因此更符合人們的經(jīng)濟(jì)環(huán)保觀

4、念。此外，在能量耗盡后，F(xiàn)CEV不像傳統(tǒng)的蓄電池電動汽車（BEV）那樣需要長時(shí)間充電，而只需補(bǔ)充燃料即可繼續(xù)工作，這一點(diǎn)對汽車駕駛者來說尤為方便?！　∧壳伴_發(fā)的FCEV主要用兩種類型：純?nèi)剂想姵貏恿嚭腿剂想姵匾恍铍姵鼗旌蟿恿?。純?nèi)剂想姵貏恿嚥捎么蠊β实腇C堆棧，以確保在沒有后備蓄電池的情況下能提供啟動、瞬時(shí)加速的動力；而燃料電池--蓄電池混合動力車以蓄電池為主動力，小功率的燃料電池用作續(xù)程器?！　‘?dāng)FC用作APU時(shí)，汽車使用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動，部分燃料通過FC更有效地轉(zhuǎn)化為電能，它可以為汽車輔助設(shè)備提供足夠的功率，使汽車變

5、得更舒適、更環(huán)保、更安全?！　∑囉?FC研究最多、最成功的是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。PEMFC作為第五代FC，由于具有能量轉(zhuǎn)化率高、低溫啟動、無電解質(zhì)泄漏等特點(diǎn)，被公認(rèn)為最有希望成為電動汽車的理想動力源。但是由于PEMFC需采用貴金屬Pt作為電極催化劑，不僅提高了成本；而且限制了燃料只能采用純氫，因?yàn)槿剂现械奈⒘緾O也可導(dǎo)致Pt中毒。對于甲醇、汽油等燃料，必須經(jīng)過重整純化，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。近年來，PEMFC技術(shù)取得了重大突破，燃料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)重整，使得系統(tǒng)體積大為減少，有望進(jìn)一步“減負(fù)”；更重要的是催化

6、劑中pt載量大為降低，成本問題有望得到解決，相信PEMFC汽車在不久的將來能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。　　在PEMFC的基礎(chǔ)上，以甲醇代替純氫直接作為燃料，可以大為簡化系統(tǒng)，這種PEMFC稱為直接甲醇燃料電池（DMFC）。DMFC具有體積小、重量輕、燃料來源豐富、價(jià)格便宜、儲存攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，是理想的汽車動力源。對于DMFC而言，甲醇的陽極氧化遲緩及甲醇通過Nafion膜（全氟磺酸膜）的滲透所引起的陽極性能衰減是限制DMFC發(fā)展的主要問題。目前許多研究人員正在開發(fā)新的替代Nafion膜的聚合物膜，也取得了很大的進(jìn)展。提高甲醇氧化的催

7、化劑活性，減少貴金屬用量也是DMFC技術(shù)實(shí)用化的關(guān)鍵。專家們認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)距離實(shí)用化至少還需7年時(shí)間。盡管如此，許多人仍把它作為FCV的首選技術(shù)進(jìn)行開發(fā)和研究?！　」腆w氧化物燃料電池（SOFC）是一種全陶瓷結(jié)構(gòu)FC，其能量轉(zhuǎn)化效率最高，操作方便，無腐蝕，與PEMFC相比，燃料適用面廣，不須用貴金屬催化劑，而且不存在DMFC的液體燃料滲透問題。但是SOFC受電解質(zhì)所限，須高溫（1000℃左右）工作，導(dǎo)致啟動慢，這是SOFC在汽車上應(yīng)用的致命弱點(diǎn)。隨著SOFC技術(shù)的發(fā)展，其操作溫度降至700－800℃，與燃料的重整條件接近，可

8、以實(shí)現(xiàn)燃料的直接內(nèi)重整，不僅降低了堆棧成本，而且簡化了熱管理，使系統(tǒng)變得更緊湊，已經(jīng)被用作汽車的APU。最近低溫SOFC的研究取得了突破性進(jìn)展，采用新型低溫固體電解質(zhì)和高活性的電極材料，使工作溫度降至500℃以下，若將其再與蓄電池或超級電容器聯(lián)用，就可以用作汽車的動力源。無論是從技術(shù)還是從成本來看，低溫SOFC汽車都