燃料电池电动车辆现状与发展.pdf

燃料电池电动汽车的现状与发展 燃料电池以其特有的燃料效率高、质量能量大、功率大、供电时间长、使 用寿命长、可靠性高、噪声低及不产生有害排放物 NO2 等优点正在引起世界各 国的注意。与内燃机汽车相比，氢燃料电池电动汽车有害气体的排放量减少 99%，CO2 的生成量减少75%，电池能量转换效率约为内燃机效率的2.5 倍。这 种电池将有可能成为继内燃机之后的汽车最佳动力源之一。 近年来一些厂家，如戴姆勒-克莱斯勒、丰田、通用、本田、日产、福特等 公司都开发了自己的燃料电池电动汽车(FCEV) 。汽车界人士认为 FCEV 是汽车 工业的一大革命，是 21 世纪真正的纯绿色环保车，是最具实际意义的环保车种。 1.燃料电池电动汽车的发展慨况 20 世纪 60 年代和 70 年代，美国首先将燃料电池用于航天，作为航天飞机 的主要电源。此后，美国等西方各国将燃料电池的研究转向民用发电和作为汽 车、潜艇等的动力源。世界各著名汽车公司相继投入较多的人力和物力，开展 燃料电池电动汽车的开发研究。在北美，各大汽车公司加入了美国政府支持的 国际燃料电池联盟，各公司分别承担相应的任务，生产以新的燃料电池作动力 的汽车。美国通用汽车公司在美国能源部的资助下，推出了以质子交换膜燃料 电池(PEMFC ，也称为离子交换膜燃料电池或固体高聚合物电解质燃料电池)和 蓄电池并用提供动力的轿车。美国福特汽车公司现已研制出从汽油中提取氢的 新型燃料电池，其燃料效率比内燃机提高 1 倍，而产生的污染则只有内燃机的 — 1 — 5% 。估计在5 年内可研制出使用该种动力系统的电动汽车，并有望于 2005 年投 入商业化生产。 加拿大巴拉德(Ballard)汽车公司是 PEMFC 燃料电池技术领域中的世界先驱 公司，自 1983 年以来，Ballard 公司一直从事开发和制造燃料电池。1992 年巴 拉德公司在政府的支持下，为运输车研制了 88kM 的 PEMFC 动力系统，以 PEMFC 为动力做试验车进行演示。1993 年巴拉德公司推出了世界上第一辆运用 燃料电池的电动公共汽车样车，装备 105kW 级 PEMFC 燃料电池组，能载客 20 人，对于一般城市公共汽车，采用碳吸附系统储备气态 H2 即可连续运行480km 。 目前，Ballard 燃料电池的体积功率已达到 1kW/L 的目标。 在日本燃料电池系统发展中丰田公司处于领先地位。丰田的目标是开发能 量转换效率达到传统汽油机 2.5 倍的燃料电池，且能和现用的汽(柴)油汽车一样 方便地添加燃料。日本还在 1981 年开发了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，随后 又研制了磷酸燃料电池(PAFC)，1992 年又开发了比功率高、工作温度低、结构 紧凑和安全可靠的 PEMFC 。 在欧洲燃料电池的开发中德国的西门子和意大利的 De No 公司处于领先水 平。德国奔驰公司和西门子公司合作于 1996 年推出了装有 PEMFC 的NECARll 小客车。 法国也开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车“Fever ”，它以低温储存的 氢和空气作燃料，发电功率达 20kW ，电压为 90V，且采用先进的电子控制系统 — 2 — 对电力系统进行控制，并把制动时产生的能量储存在蓄电池里，以备汽车起动 或加速时使用。 英国能源部也于 1992 年成立了国家燃料电池开发中心。英国燃料电池技术 的开发重点在燃料供应、重整炉、气体净化和空气压缩等方面。PEMFC 的研究 重点是改善催化材料的性能并探索铂(Pt)催化剂的涂覆方法，降低铂(Pt)含量， 提高铂(Pt)利用率和耐受 CO 的允许值。 我国在燃料电池电动车领域的研究水平与发达国家相差无几，由清华大学 和北京富源新技术开发总公司联合研制的我国第一辆质子交换膜燃料电池电动 旅游观光车，展示了国内研制电动车的必威体育精装版技术。有关专家指出，我国完全有 能力在这一领域赶超世界先进水平。 目前，所有领先的汽车制造厂都在积极开发燃料电池发动机技术，并且许 多国家在燃料电池的研究方面取得了可喜的成绩。如今，燃料电池的功率密度 已超过 1.1kW/L。同时，燃料电池还可用于固定式、便携式和船用动力等非运输 车应用环境。这些开发项目所生成的协同作用将加快燃料电池在所有应用领域