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绿色环保的氢燃料电池汽车

发布时间:2017-08-16 12:56:27    作者:周颖    来源:中国保险报·中保网

□周颖

氢能燃料电池目前在寿命、可靠性、使用性能上基本达到车辆使用要求,中国已初步掌握了相关核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台。

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池概念最早由英国威尔士科学家格罗夫于1839年提出。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

氢燃料电池是使用氢制造能量的电池。其发电的基本原理是电解水的逆反应,其产物是电和水。具体反应过程为:电池阳极上的氢在催化剂作用下分解为质子和电子,带阳电荷的质子穿过隔膜到达阴极,带阴电荷的电子则在外部电路运行,从而产生电能;在阴极上的氧离子在催化剂作用下和电子、质子发生化合反应生成水。电池组通过像这样大量串联的燃料电池,就可以产生足够的电能来驱动汽车。氢燃料电池与普通电池的区别主要在于:干电池、蓄电池是一种储能装置,是把电能贮存起来,需要时再释放出来;而氢燃料电池严格地说是一种把化学能直接转化为电能的发电装置。

氢燃料电池不仅能量转换效率高,只产生水和热,对环境无污染,绿色环保,而且无振动、噪声低、使用寿命长。同时,燃料电池所使用的氢燃料来源广泛,可采用水分解制氢,也可以从再生能源中获得。相比纯电动汽车的蓄电池,氢燃料电池充电时间要短得多,更换更便捷。氢燃料电池存在的三大局限:一是制氢储氢技术复杂,价格昂贵;二是对密封性要求严格,使得燃料电池发动机的制造工艺相对复杂,使用、维护困难;三是由于燃料电池不能充电,氢燃料电动汽车必须配备辅助电池系统。

世界上第一辆可使用的氢燃料电池汽车是由通用汽车公司于1968 年制造的,该汽车以厢式货车为基础,装载了最大功率为150千瓦的燃料电池组,续航里程为200公里。20世纪90年代,燃料电池电动汽车技术受到了空前重视,世界主要汽车厂商投入了大量的人力和物力研发燃料电池电动汽车。新世纪伊始,通用汽车公司接连推出了“氢动3号”和“Sequel”两款经典氢燃料电池汽车。2015年,日本丰田汽车公司正式发布了其量产版氢燃料电池车“未来”,相当于2.0发动机轿车水平,续行达到500公里。

中国对发展氢燃料电池汽车也高度重视并取得了突出成就。早在1999年,清华大学就生产出了我国第一辆氢燃料电池观光车。2001年,上汽集团携手通用汽车公司合资的泛亚技术中心研制出“凤凰”氢燃料电池电池汽车。

2008年北京奥运会上和2010年上海世博会上,有一批燃料电池汽车示范运行。据统计,到目前为止,我国共研发试制出200多辆燃料电池汽车在各个时间段进行示范运行,其中包括燃料电池客车、专用车及卡车、轿车。

造成氢燃料汽车发展相对较慢的根本原因在于核心技术没有实现突破。氢燃料电池技术中最核心、最基础的技术是膜电极,其重要性相当于电脑和手机的芯片,而国产膜电极在耐久性和性能上还有待提升。目前国产膜电极的寿命最高能达到8000小时,而国际上最好的水平是1万小时以上,这直接决定了氢燃料电池的寿命。