燃料電池電動汽車

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　　燃料電池電動汽車是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經電化學反應產生的電能，並作為主要動力源驅動的汽車。

　　燃料電池電動汽車實質上是電動汽車的一種，在車身、動力傳動系統、控制系統等方面，燃料電池電動汽車與普通電動汽車基本相同，主要區別在於動力電池的工作原理不同。一般來說，燃料電池是通過電化學反應將化學能轉化為電能，電化學反應所需的還原劑一般採用氫氣，氧化劑則採用氧氣，因此最早開發的燃料電池電動汽車多是直接採用氫燃料，氫氣的儲存可採用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲氫等形式。

　　燃料電池汽車代表著未來汽車發展的方向，但從目前的技術條件來看離實現全面的商業化還有一定的距離。

　　(一)燃料電池發動機

　　獨立的燃料電池堆是不能作為汽車發動機的，必須和燃料供給系統、氧化劑供給系統、水／熱管理系統及能控制各種閥件、感測器和水、熱、氣調節裝置的控制系統等附屬系統結合在一起才能對外輸出功率。

　　燃料的純潔度關係著電池的性能和可靠性。燃料電池的功率密度隨氧氣壓力的增大而升高，但使用空氣壓縮機提高空氣供給壓力又會因壓縮機的寄生功率使得輸出功率降低。電池內部的水／熱管理是燃料電池的難點和重點，是決定電池性能的關鍵。低溫運轉的燃料電池堆，熱量排出很困難。燃料電池需要潮化薄膜和陽極、陰極氣體，使質子轉移以產生電力，當在冰點以下溫度停車時，發生冷啟動問題。

　　隨著電堆技術的日趨成熟，控制系統將成為決定燃料電池發動機性能和製造成本的瓶頸。研製高效率、低成本和可靠性高的各子系統，及對系統進行優化集成、提高發動機的比功率，改進和實現燃料電池動力平臺輕量化和小型化仍是當務之急。

　　(二)燃料的製備、儲存和運輸

　　燃料電池車的續駛里程取決於所攜帶的氫的量，燃料的選擇、存儲與供給體系及安全問題與汽車主體結構同樣重要。燃料電池可以使用多種燃料，但主要為氫氣、天然氣和甲醇。

　　燃料電池電動汽車中燃料的儲存及供給方法有2種：直接儲存氫氣的方式及碳化氫系液態燃料改性的方式。

　　直接儲存氫氣的方式是將氫氣直接補充給電動汽車，雖然車上無需改性器，汽車系統較簡單， 但必須另外建立補充氫氣的設施。常用的儲氫方法有：氣態壓縮儲氫、液態儲氫、金屬氫化物儲氫等。碳納米管和碳晶須儲氫材料技術還處在實驗室研究階段。碳化氫系液態燃料改性方式，其燃料補充及補給設施的建立是較容易的，而且具有持續行駛里程長的特點，但是，改性器的存在帶來較多技術問題，如增加了車輛的體積和重量，還有響應性能、啟動性能方面的問題，而且，含有雜質的改性氣體還會使燃料電池發電特性惡化等問題。

　　氫氣揮發性高，擴散快，在管道、容器中容易泄漏。當氫氣在空氣中的濃度達4％時，就有可能引起爆炸。燃料系統的安全性也是關鍵問題之一。

　　1.無水氨燃料電池電動汽車

　　有研究稱主要被用作肥料的無水氨如果稍加改進，就可以用於內燃機和氨燃料電池，還能為標準氫燃料電池提供氫原料，無水氨分子由一個氮原子和三個氫原子構成，其物理特性與丙烷相仿，在常溫常壓下為氣態，但在常溫高壓下能變成液態，這一特性使得單位體積的無水氨能夠比壓縮氫甚至低溫液態氫儲存更多的氫。除了是一種儲存、運輸氫的更實用方式外，無水氨還能夠在內燃機和氨燃料電池中直接燃燒。與汽油和酒精相比，氨燃點較高，當與空氣混合時，爆炸範圍相對狹窄。在破裂的氨氣罐里發生起火和爆炸的可能性比汽油或酒精罐里發生爆炸的可能性要小。無水氨也是一種廣泛應用的殺蟲劑，在應用中擁有良好的安全記錄。氨氣儘管非常危險，但散髮出的強烈氣味能夠提前預警其存在。生產無水氨所需的氫的最大來源是天然氣，利用煤、石油焦油和重油餾分也能製造出氫。

　　2.水燃料電池電動汽車

　　2007年南韓電子展上，三星公司發佈了一款以水為燃料的微型手機燃料電池，這引起了相關產業的廣泛關註，汽車也不例外。日本Genepax在2007年6月12日在大阪公佈其新研發車型，這種車僅需要1L水即可以80km／h速跑1h，而且雨水、河水或海水，任何水均可。他們利用一種名為“水能量系統(WES)”新燃料電池系統技術，利用水來充當燃料，且不排放CO，。此系統的主要特征是使用了一種名為膜電極阻(Membrane ElectrodeAssembly，MEA)的技術，可將水通過化學反應分解為氫氣和氧氣，進而以此推動汽車前進。這主要就是利用了鹼金屬和水反應，也就是主要消耗鹼金屬，但是分解水的能量要大於氫，氧燃燒的能量。雖然這項發明還不完善，但是我們有理由相信，在不久的將來會出現很多新的替代原料。