燃料電池新能源汽車的創新分析及探索

展靖華，連文香

（蘭州工業學院，甘肅 蘭州 730050）

1 新能源汽車分析

在新能源汽車產業發展過程中，其利用新能源來代替傳統能源，在動力控制技術、動力驅動技術上都有一定的革新和優化，這種集約型的新能源使得汽車本身的構造也得以進一步優化。現在市場上已經鋪開的新能源汽車種類繁多，其各類型所偏重的特點和技術核心各不相同，其常見的類型主要包括以下幾種。

（1）純電動汽車。通過對清潔電動汽車的使用，可以有效降低對傳統能源的消耗，可以有效降低對各種污染物的排放。在傳統汽車駕駛過程中，往往會產生較多的尾氣，行駛噪音也相對比較大。通過對純電動汽車的使用，降低汽車使用過程中對環境造成的污染，優勢顯而易見。

（2）混合動力汽車。也就是汽車內部有2套動力系統，可以單套使用，同時也通常可以同步運行。混合動力汽車運行狀態不同，其運行功率差異表現相對突出。如果采用單獨驅動系統驅動車輛，車輛動力性能相對較差。如果兩套系統同時運行，可以大大提升汽車行駛的動力性能。另外，如果單獨對純電系統進行使用，避免汽車在使用過程中對環境造成嚴重的污染。

（3）燃料電池汽車。燃料電池汽車在實際使用過程中，其直接將氫氣和天然氣作為反應物，并利用催化劑讓汽車電池中的化學成分快速發生反應，直接將燃料的化學能轉換為汽車行駛電能。與傳統汽車相比，燃料電池汽車可以直接通過充電的方式來補充電能，燃料電池是通過化學反應的方式來將化學能轉化為電能。

（4）增程式電動汽車。此類汽車一般主要靠電池能量來提供動力系統，同時讓電池能量帶動電機驅動進行運轉，從而使得汽車得以推動向前。之所以稱之為增程式，其關鍵點在于在制作過程中，這類汽車通常配有一個汽油發動機或者柴油發動機，駕駛者可以通過發動機來補充電能，從而維持汽車正常行駛。

2 燃料電池新能源汽車分析

燃料電池屬于中電化學發電裝置，可以直接將燃料的化學能轉換成電能，不必再經過熱機的轉換，也不用受到卡諾循環的限制，能量轉化率較高，能量轉換過程中可以有效避免各種污染。燃料電池憑借其突出的優勢，有著相對比較廣闊的發展前景。另外，燃料電池屬于一種能量轉換裝置，并采用了原電池工作原理，能夠將等溫的燃料和氧化劑通過反應轉化為電能，本質上屬于氧化還原反應。通過燃料電池的使用，可以有效實現能量的轉換。燃料電池的陽極通過氧化還原反應可以釋放出大量的電子，這些電子會通過外電路轉移到陰極，并與陰極發生氧化反應來生成離子。離子在電場的作用下，可以通過電介質轉移到陽極上，并與燃料氣發生反應，從而構成電流回路。在使用燃料電池過程中，會釋放出一定的熱量。電池的陰極和陽極除了起到傳導電子的作用外，還可以充當催化劑。如果使用的燃料是碳氫化合物，陽極就需要有足夠的催化活性。在燃料電池當中，通過對電介質的合理使用，可以起到分解燃氣和氧化氣的作用，為了阻擋不同氣體混合發生短路問題，其中電介質需要選擇為致密結構。

從本質上看，燃料電池汽車是通過對能量轉化來驅動汽車行駛，屬于一種新的發電技術，不需要通過燃燒來產生動力，需要借助催化劑的作用，能夠將燃料的化學能轉化成電能。由于在能量轉化過程中不會直接涉及到燃燒，因此“卡諾循環”不會對整個過程產生太過嚴重的影響，能量轉化效率相對較高，甚至可以超過90%，使用效率也比傳統內燃機高很多，是其2～3倍。各種燃料的類型非常多，燃料電池在使用過程中，不會對環境產生太過嚴重的污染，具有較強的噪音抑制作用，工作可靠性也相對較強。

3 燃料電池能源汽車分析

從本質上看，燃料電池是一個提供動力的原點，是利用化學能來進行發電。燃料在燃料電池當中并不需要發生燃燒，通過對催化劑的合理使用，才能有效實現化學能向電能的轉換，而且電池能量的轉化過程相比傳統的汽油能量轉化過程要具備更好綠化效果，更為節能。能量轉化率相對較高，可以超過90%，使用效率要比傳統內燃機高很多。燃料電池所使用的燃料類型非常多，燃料電池在使用過程中不會對環境造成太過嚴重的污染，同時可以得到較好的噪音效果，技術使用優勢非常明顯。在氫燃料電池使用過程中，其運行環境溫度保持在60～120℃，并不斷朝著質子交換膜燃料電池技術方向進行發展。在燃料電池使用過程中，其使用了聚合物質子交換膜，其中全氟磺酸樹脂膜的使用最多，其可以將氫氣和氧氣有效分隔開，還可以直接對質子進行傳遞，其使用的催化劑通常是鉑炭。在電池實際使用過程中，氟首先在陽極進行分解，直接分解為質子和電子，質子會直接利用薄膜達到陰極，后者在通過外部電路時提供電能。在單體電池運行過程中，其電壓等級并不是非常高，通常會集中在0.6～0.75V的范圍內。為了提升電壓等級，就需要采用串聯升壓的方法。

4 燃料電池新能源汽車使用優勢

燃料電池新能源汽車雖處于起步狀態，但是技術卻在一天不同一天地更新、升級甚至直接換代，這樣的一種新技術以高新技術為核心包裹著快速革新的現狀，極大地推動了新能源汽車行業的發展，從燃料電池新能源汽車當前發展情況來看，其主要的優勢主要體現在如下幾個方面：

（1）燃料電池能量效率較高。燃料電池新能源汽車在使用過程能量消耗的使用率特別高，燃料氫的能量密度相對比較高，在相同的行駛里程下，氫燃料電池的節能效率要比傳統鋰電池要高，其內部發生的化學反應屬于靜態反應，不會在這個過程中耗損太多的能量，燃料電池的能量效率得到大大提升。

（2）零排放優勢。燃料電池新能源汽車在實際使用過程中，其可以實現污染物質零排放，燃料電池新能源汽車排放物是水、二氧化碳，其所排放的物質類型和數量相比傳統的汽油汽車，可謂是少上了數倍。由于普及度和技術成熟度的影響，目前我國仍以汽油能源為主，電池能源為輔的狀態持續，這往往需要消耗較多的電能，并不能真正實現電能零排放。燃料電池新能源汽車在實際使用過程中，在很大程度上可以實現綠色環保標準所要求的零排放和少污染，這也是新能源汽車的在新時代發展中所應承擔的社會綠色環保的公益使命，更是該行業的發展方向和應有的愿景。

（3）無需充電的優勢。燃料電池汽車可以實現無需充電的優勢。現有的鋰電池充電汽車在實際使用中，其突出的痛點在于充電時間過長，耗費大量的充電時間，從而導致充電的設備成本、人工成本、駕駛者成本均顯得很高。在燃料電池使用過程中，可以直接省去充電流程，只需要開到加氫站進行加氫，整個過程非常高效，省去了傳統鋰電池能源汽車使用中的充電環節。

5 燃料電池新能源汽車發展過程中出現的問題

（1）使用壽命相對比較短。燃料電池新能源汽車的使用壽命目前仍存在較大的困境，難以構造一個長期、續航穩定的能源供給系統，往往在燃料電池使用完畢后，將會面臨新的設備替換和重新生產的成本問題，這無疑會給消費者帶來莫大的困擾和更新成本，這也是燃料電池新能源汽車亟需解決的問題。

（2）使用成本相對較高。燃料電池新能源汽車的生產成本橫向對比偏高，生產成本會對汽車銷售價格產生較大的影響，燃料電池使用成本高的劣勢在未來很長一段時間內都不會得到改觀。在燃料電池使用過程中，其使用了金屬催化劑鉑，其價格非常昂貴，再加上其他的生產成本，導致汽車購車價格要比傳統汽車高很多。

（3）基礎設施還需要進一步進行完善。當前，燃料電池新能源汽車的基礎設施十分缺乏，普及性不高，不能覆蓋消費者的方方面面，供給顯得不足。生活當中對燃料推廣工作還在持續增加，還需要建設更多的加氫站，我國在該方面還處于起步階段，加氫站建設的缺乏是阻礙燃料電池新能源汽車發展的重要阻礙因素。

（4）核心專利創新能力相對不足。與西方發達國家相比，我國氫能源和燃料電池技術擁有量相對不足。根據相關數據調查顯示，日本擁有10454相關專利，占到全球相關專利的71%，在技術很多方面處于世界領先地位。而在這個方面，由于我國創新能力相對不足，產業基礎相對比較薄弱，各種資金和技術投入不到位的現象比較嚴重，參與機構的數量相對較少。盡管，我國在“十二五”規劃中已經立項開展相關技術的研發，但與日本等發達國家相比，各種投入還稍顯不足。

6 燃料電池新能源汽車發展創新措施

（1）降低生產成本。燃料電池新能源汽車第一時間需要解決成本問題，過高的生產成本就會導致市場消費者望而卻步，也很難普及使用，那么原有的綠化環保的優勢也就無從發揮。從事該行業的第一個任務則是引進技術和人才，全力攻克相關技術難關，盡可能地降低生產成本，則其他相關問題會得到妥善地解決。燃料電池新能源汽車為了得到更好的發展，就需要及時有效解決電池生產成本過高的問題，研發新型的催化劑，降低對鉑金屬的使用量。

（2）構建更加完善的安全標準。燃料電池新能源汽車的創新發展歷程，應該認真做好相關安全標準的構建工作，將建設汽車強國作為企業愿景和目標。同時作為新興產業內容，相關行政管理部門應當給予一定的政策性扶持和宣導，盡可能地面向全社會進行普及和使用，在使用安全性方面具有非常廣闊的提升空間，對相關基礎設施建設，有著非常高的要求，如果基礎設施完善程度不夠，就會對新能源汽車市場推廣工作開展，帶來非常不利的影響。

（3）加強基礎設施建設。我們必須需要正視基礎設施的建設，如果沒有相應完備的基礎設施網絡，新能源汽車也就無法普及到千家萬戶，萬不可將產品丟給市場消費者后，卻缺乏后續的服務系統和供給站點建設，那么前期的技術研發和人力成本將會付之一炬，因此要充分重視基礎設施網絡的建設和布置，根據市場情況、產品形態、各地實際條件等內容形成一個完成的基礎設施鏈條，以確保消費者能夠無憂地使用新能源汽車。

隨著我國科學技術水平的不斷提升，燃料電池新能源汽車技術水平也會逐步提升，這就需要相關基礎設施建設能夠跟上速度，在燃料電池新能源汽車產業發展過程中，提供有效的助力，有效解決技術推廣和使用的問題，為我國在更大范圍內實施新能源市場化建設，奠定一個良好的基礎，在燃料電池新能源汽車技術普及和產業化發展過程中，發揮積極的作用。

（4）認真做好相關技術人員的培養工作。由于燃料電池新能源汽車產業非常龐大，在產業未來發展過程中，還需要大量的優秀人才。然而，我國在相關人才的培養上，還相對不足，不能給燃料電池新能源產業發展，提供足夠的支撐。為了有效解決這個問題，就需要國家在未來發展過程中，首先對開展相關人才培養工作，引起足夠的重視，在相關領域投入足夠的人力和物力，在高校教學中開設相關專業，并做好企業和學校的對接工作，保證學校給企業提供所需要的人才。另外，各相關企業也應該認真做好配套人才培養工作，定期組織員工開展培訓工作，讓員工掌握行業發展方向，并補充相關知識和技能，可以主動跟蹤行業發展方向，通過自主學習來彌補職業能力不足的問題。

7 結語

隨著時代的不斷發展，燃料電池汽車產業發展已經成為重要的發展趨勢，相關基礎設施建設也越來越多。針對當前產業發展中出現的問題，應該認真進行分析，掌握燃料電池汽車使用的優勢和劣勢，重點攻克燃料電池新能源汽車發展中遇到的阻礙，加強各種配套基礎設施建設，為行業發展創造良好的條件。