燃料電池新能源汽車的創新分析及研究

鄭 振

（武漢軟件工程職業學院，湖北 武漢 430205）

前言

燃料電池汽車是隨著汽車制造的發展而興起的，其中燃料電池的發展歷史可以追溯到十九世紀初葉，但因為電池性能的原因，并沒有獲得重視。上世紀九十年代，用于汽車的燃料電池被開發出來，隨后，各國政府及各大汽車生產廠商開始重視這一項目的研發。經過多年的潛心研發，日本豐田公司率先取得了突破，并正式在日本開始出售氫燃料電池汽車MIRAI，這是全球首款量產的燃料電池汽車。與純電動汽車需要長時間充電的特點不同，這款燃料電池汽車在電池內注入氫燃料的時間僅為三分鐘，而其續航的里程達到700 公里，但其百公里加速較純電動汽車要慢一些。

1 燃料電池新能源汽車發展的優勢分析

燃料電池新能源汽車中安裝的燃料電池，其運行原理十分簡單，主要是利用燃料電池中的氫氣與空氣中的氧氣發生化學反應，產生電能，而產生的電能能夠驅動電動機的運轉，再依靠電動機的運轉驅動汽車的前行。這一原理是水電解的逆反應，其發生化學反應后，產生的反應物只有水，真正實現了零排放。在當前的新能源汽車排行爭奪戰中，純電動汽車的鋰電池還未獲得較大的突破，目前處于不上不下的狀態，雖然未來發展的前景十分美好，但就目前而言，鋰電池純電動汽車還比不上燃料電池新能源汽車。燃料電池新能源汽車的優點主要如下：

1.1 實現了零排放

燃料電池新能源汽車排放物主要是水，還含有少量的二氧化碳，但二氧化碳的排放量遠遠低于常規的汽油機汽車的一半。而且，當前全球的發電形式主要是以煤電為主，純電動汽車充電的時間較長，兩肺的電能較多，這就導致純電動新能源汽車在充電時會產生大量的二氧化碳，因此，燃料電池新能源汽車真實實現了零排放，具有環保的顯著特點

1.2 燃料電池能量效率較高

燃料電池中蘊含著高密度的氫燃料，而能量的密度高就意味著：在相同的行駛里程下，氫燃料電池消耗的能量數遠遠要低于鋰電池的能量。同時，燃料電池中的氫燃料與空氣中的氧氣發生的化學反應是靜態反應，而且幾乎不損耗任何能量，這就意味著燃料電池的能量效率較高。

1.3 不需要充電的時間

鋰電池純電動汽車推廣應用最大的阻礙，就是電池充電的時間較長，這樣一來，就會影響到汽車整體的行駛效率，而燃料電池新能源汽車則不需要充電的時間，電池燃料不足，只需要到加氫站沖入氫氣即可，而且，電池注入氫氣的速度很快，僅需要三分鐘即可，與普通內燃機汽車加油的時間幾乎相等。

2 燃料電池新能源汽車發展的不足分析

燃料電池新能源汽車雖然具有上述的顯著優勢，但同時，也具有自身的不足，主要體現在如下幾點：

2.1 生產成本高

在實際的生產經營中，生產成本是制約產品量產的重要關卡。因此，燃料電池生產成本高昂是其最大的不足。而造成這一結果的主要因素就是其中蘊含的金屬催化劑——鉑。而大家都知道，鉑是一種十分昂貴的金屬，一克的價格就高達250 元，而一輛150kW 的燃料電池新能源汽車大約需要60g 的鉑作為催化劑，這就意味著光是這種催化劑的原料費就高達一萬五，再加上其他成本，燃料電池的生產成本就顯得過高了。

2.2 使用壽命短

除了生產成本高以外，燃料電池中的催化劑——鉑，在經過一段時間的使用后，會逐漸損耗，這就意味著燃料電池使用壽命越來越短，從而進一步加大了成本。

2.3 基礎設施不完善

在生活中要想加快燃料電池新能源汽車的推廣，手電必須建設足夠的加氫站。在這方面，美國和日本建設的成績比較理想，而我國的成績就顯得慘不忍睹了。截止到目前，我國僅在北京、上海等超大型城市中建有幾座加氫站，其他城市還未建設加氫站。造成這一局面的原因是加氫站的建設難度較大，成本較高，贏利點較低。據相關統計數據顯示，改造加油站增添加氫泵，成本約為100 萬美元左右，新建一個加氫泵，成本約為200 萬美元，而且制氫的成本也較高，這就導致加氫站的贏利點較低，進而導致我國加氫站的建設成績不理想。

3 燃料電池新能源汽車創新發展的路徑分析

3.1 降低電池生產成本

雖然燃料電池存在著上文闡述的三個不足，但其發展前景十分遠大，也是未來新能源汽車發展的方向。就目前而言，燃料電池新能源汽車要想實現創新發展，首先必須解決電池的生產成本問題及使用壽命問題，這兩個問題可以并做一個問題，都是降低生產成本，提高運行效率的問題，同時，這也是當前燃料電池新能源汽車發展的重中之重。

因為鉑金屬是燃料電池新能源汽車成本居高不下的罪魁禍首，要想降低其生產成本，研發人員應從兩個方面進行：一是降低催化劑鉑金屬的使用量，其二就是尋找便宜的能夠代替鉑金屬的催化劑。只要研發人員從這兩方面的任何一個方面取得突破，都會降低燃料電池新能源汽車的生產成本。目前，以豐田汽車集團為首的眾多汽車生產廠家都在下大力氣進行降低鉑金屬使用量以及尋找代替品的研究，一旦獲得突破，燃料電池新能源汽車將會迎來發展的高峰。

3.2 制定統一安全標準

步入二十一世紀以來，我國提出了建設汽車強國的戰略目標，強化示范推廣以及產業技術儲備引導，“十一五”期間，國家提出了節能和新能源汽車戰略，政府高度關注新能源汽車的研發和產業化。而在“十二五”的規劃中，新能源汽車又被列入加快培育和發展的七大戰略性新興產業之一，獲得了政策方面的引導以及資金方面的重點扶持。根據工信部統計數據顯示，從2015 年開始，我國市場上新能源汽車的保有量已經處于全球領先的地位。但其中燃料電池新能源汽車銷售比率較低，究其原因，價格、安全性以及便利性是阻礙我國燃料電池新能源汽車市場化最重要的一個原因。因此，在今后的發展中，燃料電池新能源汽車必須制定一個統一的安全標準。而在國外，自從2013 年開始，眾多汽車生產廠家開發在燃料電池新能源汽車領域發力以來，在日本、美國和歐盟等業界代表的共同努力下，開始了燃料電池車安全標準最終統一方案的制定。我國也應緊跟燃料電池行業發展的形式，制定出統一的燃料電池新能源汽車的安全標準。

3.3 完善基礎設施建設

燃料電池新能源汽車雖然具有三個明顯的不足，但同時也具有明顯的優勢，尤其是當前純電動汽車發展得不上不下，大力發展燃料電池新能源汽車對我國解決能源問題以及環境污染問題，具有十分重要的作用和意義，同時也對促進我國汽車工業可持續發展具有十分重要的意義。目前，國外已經在燃料電池新能源汽車的關鍵技術方面取得了突破性的進展，我國也應借助國外燃料電池新能源汽車發展的“東風”，做好燃料電池新能源汽車以及純電動汽車的基礎涉及建設。為此，我國各大城市應加快充電站、充電樁以及加氫站的建設，提前鋪設好新能源汽車的基礎設施，為大范圍開展新能源汽車的市場化運作典型良好的基礎，同時，這樣也能促進我國燃料電池新能源汽車的技術創新和產業化發展。從而促進我國燃料電池新能源汽車的推廣與應用，并逐步消除價格和技術方面對燃料電池新能源汽車產業發展的制約。

4 結語

綜上所述，目前燃料電池新能源汽車是繼純電動汽車、混合動力新能源汽車之后新能源汽車發展的另一個重要渠道，對于我國汽車行業而言，研發燃料電池新能源汽車能促進我國汽車行業整體的發展與進步。雖然當前燃料電池新能源汽車在發展中尚存在著一定的不足，也面臨著一系列的難 題。對此，我國應加大燃料電池新能源汽車技術研發與資金的投入，爭取在這一領域取得更好的成績，這對于我國的汽車行業整體發展而言，將具有十分重要的作用和意義。當然，在實際發展過程中，還要注意對先進技術的應用，加強自主創新，以實現我國新能源汽車行業的進步。