燃料電池汽車：駛向何方？

燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它可以直接將貯存在燃料與氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。世界上第一輪燃料電池汽車研發(fā)高潮在2000年左右，當(dāng)時(shí)，美國(guó)、歐洲和日本的各大汽車生產(chǎn)廠家，無不都在加緊開發(fā)燃料電池技術(shù)，企業(yè)界尤其是各大汽車生產(chǎn)廠家看到燃料電池巨大的市場(chǎng)潛力，紛紛投入巨資，組成聯(lián)盟，進(jìn)行燃料電池車的相關(guān)研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)。

我國(guó)關(guān)于燃料電池車研究的競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈。至2004年，國(guó)內(nèi)在北京、上海等地，陸續(xù)出現(xiàn)了燃料電池汽車的試運(yùn)行，當(dāng)時(shí)許多人同樣懷有迎接臨盆嬰兒般的喜悅期待：燃料電池汽車已經(jīng)“接近‘走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)行量產(chǎn)’的大門”。然而，事實(shí)卻并非預(yù)料中的那么樂觀。各個(gè)國(guó)家都在燃料電池汽車的試運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)了一系列防不勝防、需要馬上就解決的難題。可以說，2004年左右實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的預(yù)測(cè)以失敗告終，但世界各國(guó)對(duì)燃料電池汽車研究的熱情有增無減。當(dāng)前，國(guó)際上燃料電池汽車又進(jìn)入了第二輪研究，與早些年的熱血沸騰、躊躇滿志相比，現(xiàn)在人們對(duì)燃料電池車的研究持更加冷靜的態(tài)度。2000年之前，各國(guó)主要是投入造車和示范，從2001年到現(xiàn)在，各國(guó)在繼續(xù)進(jìn)行示范的同時(shí)，都將重點(diǎn)重新轉(zhuǎn)向應(yīng)用基礎(chǔ)研究。希望通過研究燃料電池各種基礎(chǔ)性的問題，找到解決車用燃料電池壽命問題的根本辦法。（例如研究氫能本身的技術(shù)問題、制氫和儲(chǔ)氫技術(shù)、高效的氫能轉(zhuǎn)換技術(shù)等。）即找到解決車用燃料電池（汽車的動(dòng)力源）動(dòng)態(tài)響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性與降低貴金屬擔(dān)量等影響電池壽命、成本的辦法。

壽命和成本，是在第二輪應(yīng)用基礎(chǔ)研究中，各個(gè)國(guó)家首先要早日解決的關(guān)鍵問題。對(duì)2015年實(shí)現(xiàn)氫源燃料電池車商業(yè)化的第二次預(yù)測(cè)能否實(shí)現(xiàn)，解決以上兩個(gè)問題的時(shí)間表將起到?jīng)Q定性的作用。其中，擺在第一位的是在2010年左右能否解決電池壽命問題，只有這個(gè)問題得到徹底解決，燃料電池汽車才能走向成功，否則一切都無從談起。但如果燃料電池汽車的電堆動(dòng)態(tài)壽命能達(dá)到5000小時(shí)以上，接下來的降低成本，主要靠關(guān)鍵零部件的批量生產(chǎn)和降低鉑擔(dān)量，難度相對(duì)較低。 現(xiàn)在國(guó)際上每輛氫源燃料電池汽車的成本，一般在100萬美元到200萬美元之間，造價(jià)的確非常昂貴，因?yàn)楝F(xiàn)在這些氫源燃料電池汽車的打造，基本都是人們用一雙雙手‘摳’出來的，如果能實(shí)現(xiàn)流水線上的批量生產(chǎn)，成本自然而然也就降下來。可以說，解決壽命問題是能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化最關(guān)鍵的判據(jù)。按國(guó)家科技部的要求，參與燃料電池汽車“863”重大專項(xiàng)計(jì)劃的科研攻關(guān)，每個(gè)重要的元部件都有兩個(gè)以上的單位參加競(jìng)爭(zhēng)。

縱觀我國(guó)燃料電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，可謂一路跌跌撞撞、步履蹣跚。直至今天，盡管我們的燃料電池汽車還只能是為了“觀光”，而不能由尋常百姓真正駕駛著開上通衢長(zhǎng)街，但創(chuàng)新者依然無畏無懼，繼續(xù)奮然前行。

燃料電池汽車

燃料電池汽車是電動(dòng)汽車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能或的。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會(huì)產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2～3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。目前，燃料電池轎車的樣車正在進(jìn)行試驗(yàn)，以燃料電池為動(dòng)力的運(yùn)輸大客車在北美的幾個(gè)城市中正在進(jìn)行示范項(xiàng)目。在開發(fā)燃料電池汽車中仍然存在著技術(shù)性挑戰(zhàn)，如燃料電池組的一體化，提高商業(yè)化電動(dòng)汽車燃料處理器和輔助部汽車制造廠都在朝著集成部件和減少部件成本的方向努力，并已取得了顯著的進(jìn)步。

燃料電池轎車核心技術(shù)

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：本項(xiàng)目開發(fā)了一種電動(dòng)汽車。該車作為民用交通工具，以動(dòng)力蓄電池為能源，是環(huán)保型產(chǎn)品。該車輸出功率不超過3kw，采用雙前輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輪轂與電機(jī)一體化技術(shù)，以后輪制動(dòng)為主，無機(jī)械傳動(dòng)，采用無機(jī)變速，能實(shí)現(xiàn)電子自動(dòng)差速器功能。該車制造成本低，易于維護(hù)保養(yǎng)，能源消耗少，不污染環(huán)境。該車作為摩托車與燃油汽車的中間替代產(chǎn)品，有取代燃油汽車的趨勢(shì)。

所屬單位：同濟(jì)大學(xué)

航天北京11所氫燃料電池汽車上路

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：北京11所牽頭研制的氫燃料電池動(dòng)力汽車近日進(jìn)行首次正式行駛試驗(yàn)，取得了圓滿成功。這輛氫燃料電池動(dòng)力汽車是由依維柯面包車改裝而成，動(dòng)力系統(tǒng)采用該所自主研制的55千瓦氫空燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，并配以鎳氫電池作為輔助動(dòng)力。該種汽車的研制始于2004年年初，此次成功標(biāo)志著該所承擔(dān)的國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃中的\"燃料電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用研究\"項(xiàng)目主要研制任務(wù)基本完成。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)：航天北京11所

趨勢(shì)意義：北京11所將繼續(xù)進(jìn)行整車路試考核，為新能源動(dòng)力技術(shù)研究添彩。

江奎科技等三方自主研發(fā)的氫燃料轎車通過專家評(píng)審

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：由江蘇鎮(zhèn)江江奎科技有限公司、清華大學(xué)、奇瑞汽車三方自主研發(fā)的\"示范性氫燃料轎車研制項(xiàng)目\"日前通過國(guó)家級(jí)專家組評(píng)審。氫動(dòng)力汽車是國(guó)際新能源領(lǐng)域最前沿課題，其核心技術(shù)長(zhǎng)期被福特、寶馬等少數(shù)幾家國(guó)外企業(yè)壟斷。鎮(zhèn)江江奎科技有限公司、清華大學(xué)、奇瑞汽車三方從2005年起開展國(guó)內(nèi)首臺(tái)氫燃料動(dòng)力國(guó)產(chǎn)轎車的研制工作。今年1月份，首臺(tái)純氫氣內(nèi)燃機(jī)在江奎科技有限公司實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成功。專家組在對(duì)國(guó)內(nèi)首輛氫燃料轎車進(jìn)行評(píng)審時(shí)認(rèn)為，該氫燃料轎車在運(yùn)行過程中，攻克了國(guó)際上公認(rèn)的技術(shù)難題，是一種真正實(shí)現(xiàn)零排放的交通工具，排放出的是純凈水，不產(chǎn)生任何廢氣，時(shí)速可達(dá)80公里。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)：江蘇鎮(zhèn)江江奎科技有限公司、清華大學(xué)、奇瑞汽車

趨勢(shì)意義：我國(guó)第一臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以氫燃料為動(dòng)力的轎車，標(biāo)志著我國(guó)氫動(dòng)力技術(shù)已達(dá)國(guó)際同步領(lǐng)先水平。

水轉(zhuǎn)化氫燃料汽車

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：本實(shí)用新型涉及一種水轉(zhuǎn)化氫燃料汽車。該汽車將熱能通過管路與氫氣發(fā)生器和蒸汽發(fā)生器的輸入端相連接，發(fā)電機(jī)與氫氣發(fā)生器相連接，氫氣發(fā)生器的氫氣輸出端與汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)相連接。其特征是在汽車的底盤安裝水轉(zhuǎn)化氫燃料系統(tǒng)。汽車用的氫燃料隨車產(chǎn)生，使用方便安全。

趨勢(shì)意義：燃料的資源極大豐富，燃料燃燒沒有污染，解決了石油資源供需緊張和汽車尾氣對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的重大課題。

神力科技——自主開發(fā)中國(guó)氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：清華大學(xué)的燃料電池大巴和同濟(jì)大學(xué)的燃料電池轎車是我國(guó)自主開發(fā)首獲成功的大功率燃料電池汽車，為這些汽車提供燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的，是上海神力科技有限公司。國(guó)家863計(jì)劃“燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)”項(xiàng)目，其主要任務(wù)就是分別為清華大學(xué)的燃料電池大巴和同濟(jì)大學(xué)的燃料電池轎車提供大功率的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。自2002年起，神力公司為清華大學(xué)的燃料電池大巴研制了三代(第一代50kw，第二代60kw，第三代100kw)發(fā)動(dòng)機(jī)；為同濟(jì)大學(xué)的燃料電池轎車研制了兩代(第一代30kw，第二代36kw)發(fā)動(dòng)機(jī)。神力公司燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的技術(shù)路線，不同于國(guó)際知名的大公司如加拿大巴拉德公司(Ballard Power Systems)、美國(guó)通用汽車公司(GM)等的高壓運(yùn)行技術(shù)，自主開發(fā)了常壓運(yùn)行的燃料電池技術(shù)，系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，安全性、可靠性高，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已申請(qǐng)中國(guó)、美國(guó)專利102項(xiàng)。神力公司研制成功的第三代100KW燃料電池大巴發(fā)動(dòng)機(jī)，參加了聯(lián)合國(guó)GEF/UNDP招標(biāo)項(xiàng)目。該燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在許多關(guān)鍵技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了世界級(jí)的創(chuàng)新與重大的突破，凈輸出功率最高達(dá)到150千瓦。這使我國(guó)成為繼加拿大(巴拉德公司)之后第二個(gè)可以獨(dú)立研制超大功率的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家。該發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料效率、體積、重量、比功率等指標(biāo)方面處于國(guó)際領(lǐng)先的地位。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)：上海神力科技有限公司

趨勢(shì)意義：目前，神力公司正在開發(fā)燃料電池相關(guān)的材料，實(shí)現(xiàn)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化，降低生產(chǎn)成本。積極、主動(dòng)開拓新的燃料電池的下游產(chǎn)品和應(yīng)用市場(chǎng)，積極尋找國(guó)內(nèi)外戰(zhàn)略合作伙伴。以建立2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)燃料電池大巴、轎車示范運(yùn)行車隊(duì)為市場(chǎng)契機(jī)，實(shí)現(xiàn)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的大規(guī)模生產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

汽車自制氫燃料的設(shè)備和方法

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：一種汽車自制氫燃料的設(shè)備和方法，其設(shè)備由利用汽車廢氣余熱的蒸汽發(fā)生器和產(chǎn)氫器構(gòu)成，也可以增設(shè)另一產(chǎn)氫器和貯氫器；方法是先將汽車高溫廢氣通往蒸汽發(fā)生器，再將蒸汽發(fā)生器中的水蒸汽送往產(chǎn)氫器，與其中的氫化物反應(yīng)，從而制得氫。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)：發(fā)明(設(shè)計(jì))人宋代輪

趨勢(shì)意義：本發(fā)明的設(shè)備簡(jiǎn)單，方法合理可行，是汽車燃料以氫代油的理想方法，有利于節(jié)約能源，有效地克服汽車燃油的弊端。

國(guó)際嘹望：燃料電池汽車

FC是一種將儲(chǔ)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)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(dòng)和噪音，所以被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色能源。

FC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(dòng)了自身的發(fā)展。FC可以用作汽車的（輔助）動(dòng)力電源，也可以用作輔助電源（APU）。

事實(shí)上，人們考慮更多的是FC電動(dòng)汽車（FCEV），它不同于傳統(tǒng)汽車，其動(dòng)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)保觀念。此外，在能量耗盡后，F(xiàn)CEV不像傳統(tǒng)的蓄電池電動(dòng)汽車（BEV）那樣需要長(zhǎng)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(duì)汽車駕駛者來說尤為方便。

目前開發(fā)的FCEV主要用兩種類型：純?nèi)剂想姵貏?dòng)力車和燃料電池一蓄電池混合動(dòng)力車。純?nèi)剂想姵貏?dòng)力車采用大功率的FC堆棧，以確保在沒有后備蓄電池的情況下能提供啟動(dòng)、瞬時(shí)加速的動(dòng)力；而燃料電池--蓄電池混合動(dòng)力車以蓄電池為主動(dòng)力，小功率的燃料電池用作續(xù)程器。當(dāng) FC用作 APU時(shí)，汽車使用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，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，使汽車變得更舒適、更環(huán)保、更安全。

汽車用 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(dòng)、無電解質(zhì)泄漏等特點(diǎn)，被公認(rèn)為最有希望成為電動(dòng)汽車的理想動(dòng)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(duì)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(jiǎn)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(chǔ)存攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，是理想的汽車動(dòng)力源。對(duì)于DMFC而言，甲醇的陽(yáng)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(yáng)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。

固體氧化物燃料電池（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(dòng)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(jiǎn)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(jí)電容器聯(lián)用，就可以用作汽車的動(dòng)力源。無論是從技術(shù)還是從成本來看，低溫SOFC汽車都有希望與PEMFC汽車在未來的FCV市場(chǎng)上一較高下。

新一代燃料電池系統(tǒng)

Sequel的新一代燃料電池系統(tǒng)對(duì)上一代燃料電池裝置部件加以簡(jiǎn)化，從而使得制造成本大大降低，最大功率提高了約25%。Sequel可連續(xù)行駛300英里，且能夠在10秒內(nèi)由靜止?fàn)顟B(tài)加速到60英里/小時(shí)，是該領(lǐng)域第一輛能夠連續(xù)行駛較長(zhǎng)距離，且性能表現(xiàn)如此出色的汽車。

Sequel燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的氫能源可以被直接轉(zhuǎn)換為電能，并提供前所未有的大扭矩來驅(qū)動(dòng)前后車輪。車輛加速時(shí)備用高壓鋰電池系統(tǒng)可向三只驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供額外動(dòng)力；車輛剎車時(shí)鋰電池系統(tǒng)可以用來儲(chǔ)存剎車時(shí)回收的能量以提高車輛的連續(xù)行駛能力。Sequel的電氣系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，其中高壓系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力，42V系統(tǒng)為一般電氣設(shè)備供電，12V系統(tǒng)為輔助設(shè)備，為音響、照明系統(tǒng)等提供電源。為了解決燃料電池的冷卻問題，Sequel設(shè)置了幾個(gè)功能各異的進(jìn)氣口，均布置在車輛側(cè)面的后排座椅窗和后窗的連接部下方。

除底盤控制以外，Sequel的燃料電池還為溫控系統(tǒng)提供動(dòng)力。Sequel配有采用通用汽車專利技術(shù)的密封HVAC（加熱、通風(fēng)與空調(diào)）系統(tǒng)。在傳統(tǒng)汽車中，由汽油機(jī)或柴油機(jī)為車內(nèi)供熱，并提供空調(diào)系統(tǒng)所需的動(dòng)力，這通常需要體積龐大的儀表板式HVAC系統(tǒng)。與之不同的是，Sequel的獨(dú)立式HVAC系統(tǒng)在引擎罩下方通常容納引擎的地方，位于儀表板以外。此外，通過經(jīng)由引擎罩吸入空氣，前散熱器能夠更加有效地冷卻燃料電池，使汽車即使在炎熱的環(huán)境里也能達(dá)到最大功率。

湖北省境內(nèi)生產(chǎn)的燃料電池汽車免征養(yǎng)路費(fèi)

為鼓勵(lì)購(gòu)買和使用環(huán)保、節(jié)能的電動(dòng)汽車，湖北省政府出臺(tái)系列優(yōu)惠政策。

政策規(guī)定，從2006年至2010年，對(duì)于湖北省境內(nèi)生產(chǎn)的燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車（舊車改裝的燃料電池汽車除外），全額免征養(yǎng)路費(fèi)和車輛通行費(fèi)。

電動(dòng)汽車辦證也將很方便：不進(jìn)入公眾道路行駛的電動(dòng)汽車（如公園內(nèi)用車），無需申辦牌照和行駛證；需要上公眾通行道路行駛的電動(dòng)汽車，交管部門依照其外廓尺寸或乘坐人數(shù)，核發(fā)大型或小型汽車牌照和行駛證。駕駛電動(dòng)汽車，持同類準(zhǔn)駕車型的駕駛證即可。

湖北省政府還決定，從2005年至2010年，省財(cái)政和武漢市財(cái)政每年各安排資金1000萬元，支持燃料電池電動(dòng)汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

Sequel 采用了燃料電池、線傳操控和輪彀電機(jī)等尖端科技成果，并融合了先進(jìn)材料、電子控制、計(jì)算機(jī)軟件和先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)。更重要的是，Sequel 能達(dá)到目前的性能水平并不依賴于任何有待發(fā)明的抽象科技，而是完全仰賴現(xiàn)有的技術(shù)。對(duì)于通用汽車的全球先進(jìn)技術(shù)戰(zhàn)略而言，這是一個(gè)里程碑。