好名字都让汪取了
范文一：氢燃料电池
近年来，由于传统能源消耗量的迅速增加以及环境污染问题的日趋严重，许多国家大规模地开展了新能源的研究工作，其中氢能作为重要的二次能源，引起了人们广泛的关注。
氢是一种清洁能源，燃烧时不产生污染环境的烟尘和SO 2，其燃烧生成物是水，不破坏地球的物质循环。人们对氢能技术的开发寄予了很大的期望。氢能系统的开发主要包括氢气的制备、贮存、运输和应用等几个方面。其中氢的储存及输送是其中的关键之一。
早在上世纪60年代，由于石油危机，人们提出了用储氢合金作为二次能源的设想。最
初的研究发现:Mg具有储氢性能，储氢重量达7.6%。1964年美国布鲁克-海文国家实验室Reilly 和Wisqull 合成了Mg 2Ni 合金，这就是历史上最早的储氢合金，储氢量3.6wt%，但常压下250℃才能析出氢。对于实际应用，释放氢的温度仍显过高。
1968年荷兰菲利浦实验室Zijlstra 和Wester-drop 在研究永磁材料SmCo 5时意外发现了稀土贮氢合金。SmCo 5合金表面用酸洗过后磁性减弱，查其原因发现吸入大量的氢。用气体氢进一步验证时发现，在氢压2MPa 时吸氢，氢压降低时又释放出来。进一步的研究发现，在稀土储氢合金中，LaNi 5具有特别理想的贮氢性能。
1970年，Reilly 等人发现了金属钒能够在室温下贮存大量的氢气，但是只有一半的氢气能够释放出来，而且吸氢动力学性能较差，活化比较困难。而后对钒的二元合金、三元合金进行广泛深入的研究。
八十年代，发现用富铈混合稀土（Mm ）或富镧混合稀土(Ml)取代LaNi 5中的La ，用Co 、 Mn 、 Al 部分取代LaNi 5中的Ni ，制成的贮氢合金具有优异的电化学性能，使镍氢电池得到了迅猛发展。
九十年代后期，开发V-Ti-Cr 合金，当Ti/Cr=5/8时，V 35Ti 25Cr 40合金具有2.5wt%的可逆吸氢量，热处理后，合金的可逆吸氢量进一步增加到2.6wt%。
目前针对燃料电池的需要，世界各国正在对各种新的贮氢材料进行全方位的研发。
除了氢气的储存以外，贮氢材料还可广泛应用于以下领域：
(1) 氢气的回收、提纯
利用贮氢材料可逆吸/释氢特性，使其吸收含氢混合气体中的氢气，加热使其释放即可进行氢气的回收、分离、净化（纯度为99.999%以上）。
(2) 氢化物热泵
利用两种不同贮氢材料吸/释氢时所产生的热量差可制备出金属氢化物热泵，它具有无运动部件、无磨损、无噪声、不破坏大气臭氧层的优点。
(3) 加氢、脱氢反应的催化剂
利用贮氢材料可有效地催化加氢、脱氢反应。如采用LaNi 4.8Cu 0.2合金作为油酸硬化的催化剂，可以在90℃、0.5MPa 的条件下硬化油酸，其效率是常规方法的15~20倍。
(4) 贮氢电池的负极材料
贮氢电池具有比能量高、不污染环境、无记忆效应、循环寿命长、与镍镉电池有互换性等优点，可广泛应用于电动汽车、电动摩托车、电动工具、数字处理机、通讯、夜视器、摄像装置等。
(5) 氢气吸收剂和氢浓度传感器
贮氢材料能够在很低的氢分压下选择性地吸收氢气形成金属氢化物，可用于除去少量的氢。还可利用其吸氢时电阻的变化检测氢气的浓度，制成便携式氢浓度探测器。
(6) 致动器
利用贮氢材料吸/放氢时所产生的压力差可制成机械手的致动器、缓慢的升降装置等，具有重量轻、体积小、
无噪音、结构简单、可独立操作等优点
1.2.4储氢合金在镍氢电池中应用的发展概况
金属氢化物-镍（Ni-MH ）电池是利用金属氢化物电替代镉-镍电池的镉电极而发展起来的一种高功率新型碱性电池。近年来，由于计算机、通讯设备、家电、音像设备等对小型化高容量二次电池的需求迅速增长，传统的镉-镍电池在比容
量等方面已不能适应新的要求，并且镉会造成严重的环境污染问题。与镉-镍电池相比，Ni-MH 电池有很显著的优点：（1）有较高的比容量，可达同型号的镉-镍电池的1.5~2.0倍；（2）无镉的公害；（3）无记忆效应；（4）耐过充及过放性较好等。
Ni-MH 电池是利用储氢材料的电化学吸附氢特性和电催化活性原理制成的。正极采用镍化合物，负极采用储氢合金M ，正负极板都浸在氢氧化钾电解液中构成电池。充电时，负极上不断析出氢气并被储氢合金吸收生成金属氢化物，即氢化物电极阴极储氢。逆反应是放电过程，氢化物释出的氢又在同一电极（氢化物电极）上进行阴极氧化，电子沿导线移向正极。从正负极的反应来看，发生在两个电极上的反应均属固相转变机制，不涉及任何可溶性金属离子的中间产物，从而使电池的正、负电极都有很高的结构稳定性。在电池的工作过程中没有电解质组元（如OH -及H 2O ）的额外的生成，同时也不存在净的消耗。故可将电池的充放
电过程看作只是氢原子（或质子）从一个电极转移到另一个电极的往复过程。
氢化物-镍电池的设计采用负极容量过剩的配置方式，当过充电时正极上生成氧（2OH -→H2O+1/2O2+2e-）；负极上消耗氧(2MH+1/2O2→2M+2e-+ H2O ) 。过放电时正极上生成氢(2H 2O+2e-→H
的耐过充、过放电性能。
储氢合金电极材料是决定Ni-MH 电池的性能的关键材料。对其性能的主要要求是高电化学容量、长寿命、易活化等。目前主要采用稀土-镍系AB 5型和锆系AB 2合金作储氢合金电极。稀土-镍系合金的综合性能好，但其电极容量已接近其理论值的水平。锆系AB 2合金电极的稳定性好、容量约高于稀土-镍系30%，但难活化、成本高。因此、随着更高能量密度的锂离子电池的发展，NI-MH 电池面临新的挑战，必须发展更高性能的储氢合金电极材料。
2+2 e -) ，负极上消耗氢(H 2+2OH-→2H2O+2e-) 。这样可抑制池内压的上升，使氢化物-镍电池具有良好
范文二：氢燃料电池
氢燃料电池 内容来自：
氢燃料电池原理
氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。特点环保节能，高效。
目录 ? 来源发展 ? 发电原理 ? 应用领域 ? 汽车应用 ? 参考资料
[显示全部]
来源发展编辑本段回目录
汽车是人们生活中的重要交通工具，而汽车排放的尾气又是造成日益严重的环境污染的重要原因，为此，人们急需寻找一种代用燃料。科学家经过几十年的精心研究发现，用氢燃料电池作汽车动力无污染环境的有害成份。因此，使用氢燃料电池的汽车才是名副其实的“绿色燃料”汽车。据报道，在冰岛政府的支持下，戴姆勒—克莱斯勒公司和壳牌公司1999年初公布了把这个岛国变为世界上第一个“氢经济”的国家计划——最终用无污染的氢能源取代所有小轿车、公共汽车上使用的柴油和汽油。目前，德国已经陆续推出了各种燃氢汽车。
过去，人们总以为氢气是一种化学元素，很少把它作为能源来看待。自从出现了火箭和氢弹之后，氢气又变成了航天和核武器的重要材料，现在又将其制成氢燃料电池，为人们提供电能。
发电原理编辑本段回目录
氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。
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发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。
应用领域编辑本段回目录
20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。
大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低峰，这就会导致停电或电压不稳。另外，传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60%～80%，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。
氢的化学特性活跃，它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后，形成一种金属氢化物，其中有些金属氢化物的氢含量很高，甚至高于液氢的密度，而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解，并把所吸收的氢释放出来，这就构成了一种良好的贮氢材料。
随着制氢技术的发展，氢燃料电池离我们的生活越来越近。到那时，氢气将像煤气一样通过管道被送入千家万户，每个用户则采用金属氢化物的贮罐将氢气贮存起来，然后连接氢燃料电池，再接通各种用电设备。它将为人们创造舒适的生活环境，减轻繁重的生活事务。但愿这种清洁方便的新型能源——氢燃料电池早日在人们日常生活中。
汽车应用编辑本段回目录
20辆中国自主研制的氢燃料电池轿车在同济大学新能源汽车工程中心举行赴京发车仪式，它们将在奥运会中投入运营。这20辆氢燃料电池轿车是基于大众帕萨特领驭车型，通过改制和集成最新一代燃料电池轿车动力系统平台而成功研发出来的。它们以氢气为能源，经氢氧化学反应生成水，真正实现零污染。氢燃料电池轿车加一次氢可跑300多公里，时速达每小时140~150公里。目前，氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重200多公斤，贵5倍以上。
氢燃料电池车的工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源！
氢燃料电池车的优势毋庸置疑，劣势也是显而易见。随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善，然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。目前氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍，这个价格是市场所难以承受的。
据悉，这批氢燃料电池车，最大输出功率高达60千瓦，燃料消耗仅为每百公里1.2公斤氢气，大约相当于4升93号汽油。
参考资料编辑本段回目录
范文三：氢燃料电池
汽车是人们生活中的重要交通工具，而汽车排放的尾气又是造成日益严重的环境
污染的重要原因，为此，人们急需寻找一种代用燃料。科学家经过几十年的精心研究
发现，用氢燃料电池作汽车动力无污染环境的有害成份。因此，使用氢燃料电池的汽
车才是名副其实的“绿色燃料”汽车。据报道，在冰岛政府的支持下，戴姆勒—克莱斯勒公司和壳牌公司1999年初公布了把这个岛国变为世界上第一个“氢经济”的国家计划——最终用无污染的氢能源取代所有小轿车、公共汽车上使用的柴油和汽油。目前，
德国已经陆续推出了各种燃氢汽车。
过去，人们总以为氢气是一种化学元素，很少把它作为能源来看待。自从出现了
火箭和氢弹之后，氢气又变成了航天和核武器的重要材料，现在又将其制成氢燃料电
池，为人们提供电能。那么，氢气是怎样发电的呢?
氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，
氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。
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发电装置，像发电
厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用
特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提
供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。
20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球
之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。
大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给
用户。但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低峰，这就
会导致停电或电压不稳。另外，传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物
质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，
能量转换率可达60%～80%，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。
氢的化学特性活跃，它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后，
形成一种金属氢化物，其中有些金属氢化物的氢含量很高，甚至高于液氢的密度，而
且该金属氢化物在一定温度条件下会分解，并把所吸收的氢释放出来，这就构成了一
种良好的贮氢材料。
随着制氢技术的发展，氢燃料电池离我们的生活越来越近。到那时，氢气将像煤
气一样通过管道被送入千家万户，每个用户则采用金属氢化物的贮罐将氢气贮存起
来，然后连接氢燃料电池，再接通各种用电设备。它将为人们创造舒适的生活环境，
减轻繁重的生活事务。但愿这种清洁方便的新型能源——氢燃料电池早日在人们日常
生活中
氢燃料电池车的原理
近日，20辆中国自主研制的氢燃料电池轿车在同济大学新能源汽车工程中心举行赴京发车仪式，它们将在
奥运会中投入运营。这20辆氢燃料电池轿车是基于大众帕萨特领驭车型，通过改制和集成最新一代燃料电池轿
车动力系统平台而成功研发出来的。它们以氢气为能源，经氢氧化学反应生成水，真正实现零污染。氢燃料电
池轿车加一次氢可跑300多公里，时速达每小时140~150公里。目前，氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重200
多公斤，贵5倍以上。
氢燃料电池车的工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达
阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给
阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经
逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与
传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意
义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源！
氢燃料电池车的优势毋庸置疑，劣势也是显而易见。随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安
全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善，然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大
瓶颈。目前氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍，这个价格是市场所难以承受的。
据悉，这批氢燃料电池车，最大输出功率高达60千瓦，燃料消耗仅为每百公里1.2公斤氢气，大约相当于4升93号汽油。
范文四：燃料电池的发展前景
燃料电池的发展前景
燃料电池的发展前景
的灵活性。在电效率达60,或更高水平的联合循环系统中可限制废热排放，而在单循环下则会排放出更多的热量。 MCFC和SOFC是这类高温型燃料电池的2种技术。它们使用的材料不同。MCFC是在一只陶瓷容器中放入液态的金属碳酸盐作为电解液，如果没有采取防止电极老化的措施，燃料电他的使用寿命会受到影响。 在MCFC中电化学反应是由CO3离子引发的。MCFC采用的是颊型电池，和SOFC型的管形设计方案相比，这种颊型电他的功率密度要稍微高一些。这在成本上要比SOFC型装置优越。但在另一方面，由于SOFC所用的陶瓷材料非常稳定，可以用在950-1000?范围内，所以SOFC装置在抗老化性能上更具优越性。到目前为止，所有的长期电池试验和正在运行的试验性机组都表明SOFC型装置的使用寿命可以达到70 000-80 000h，是MCFC型的2倍。 MCFC和SOFC 2种技术在进行100-250kW功率范围的单循环现场试验中，成本都有大幅度的下降。目前在MCFC开发上占有主导地位的是美国的Fuel Cell Energy公司及其在德国的授权单位MTU，日本的Ishikawajima-Harima重工(IHI)和三菱公司等。而Siemens Westinghouse在SOFC开发上处于领先水平。3 中温型燃料电池 目前磷酸类燃料电池(PAFC)是具有最先进技术的燃料电池。80年代，IFC(国际燃料电池公司)决定对其前期商业化生产线进行投资，制造和销售200kW的PAFC装置，并将其投入市场。东芝公司在80年代末就已经努力使PAFC技术进入商用市场。从此，PAFC技术就一直在静止燃料电池的市场中占据着显赫的位置。迄今为止，全球已经安装了150多套PAFC燃料电池装置。 研究表明，这种燃料电池未能实现市场商业化的原因大致有以下几方面:
(1)电效率最高为40,，超过维修期限后会降到35,甚至更低水平。通常情况下设备的使用期限不超过20 000运行h。
(2)有些试验性的设备(如东芝公司管理的1套11MW设备未能达到顶期的性能水平。
(3)美国和日本政府大幅度削缩用于PAFC技术研究和开发的投资。
(4)从迄今积累的经验及在改善设计参数和降低产品成本方面的潜力来看，让PAFC技术成功地跻身于当今的市场中的可能性是极低的。4 SOFC在配电市场方面的潜力 Siemens Westinghouse公司根据对市场的分析，决定采取必要的措施加快SOFC技术进入市场的步伐。预计在201X-201X年提供第l批产品，进入商业性生产前的试验阶段，装置容量从目前的2MW扩大到15MW。 北美和欧洲被认为是SOFC燃料电池技术最有希望的市场。Hagler Bailly公司和西门子公司对功率范围为250 kW-l MW的市场进行了调查，结果表明到201X年SOFC燃料电池的市场容量为每年10000MW。北美和欧洲几乎各占50,。考虑到北美洲用户的结构和他们的需求，在北美洲各类小型发电机组的总容量在201X年可能达到每年约1000MW，其中600MW可能是燃料电池发电装置。在各种类型的燃料电池中，SOFC的市场份额约占40,，到201X年在北美洲SOFC的全年销售额将达到2.4亿美元。 在竞争日益激烈的配电市场中的另一个获胜者是微型燃气轮机，主要是作为备用电源或辅助电源。由于SOFC和微型燃气轮机的特性适于不同的应用场所，SOFC效率高但投资成本也高，而微型燃气轮机成本低但效率也低，因而这2种技术不会产生市场上竞争。而往复式发动机会逐渐失去其在市场中的份额。 欧洲电网要比北美洲电网强大得多，欧洲电网强化了集中的大型发电厂的作用。因此在北美洲经常出现的分散式电热设备和动力装置的供电质量和供电可靠性问题在欧洲是不突出的。但另一方面，在欧洲对能量储存更为敏感。 此外，一些国家政府将颁布新的规程和法律及新的能源价格，预计欧洲各国之间市场份额会有重大差异。在有些情况下这个过程会给SOFC用于配电装置起到一定的促进作用。此外，欧洲的自由化近程落后于北美洲。因此，市场预测结果会有很大程度的不确定性。5 SOFC技术应用的扩展 使用天然气作为燃料的SOFC是车载式装置，其扩展应用可有以下几种形式:
(1)家庭应用:
新一代燃料电池将是扁平管型的，其功率密度是目前所用圆柱型燃料电池技术的2倍，因而将制造出5kW的燃料电池装置。这种设计
方案是可行的，在配电市场中可以替代圆柱型燃料电池。
(2)l0MW以上的系统装置:
很显然，只要SOFC技术占有了功率范围在250-10MW的市场，那么下一步最必然的是要争取占有l0MW以上更大规模发电设备的市场。通过把更多SOFC链接起来便能实现这个目标，也满足了高效率低成本的要求。20MW级规模燃料电池的电效率已经接近甚至超过70,。
(3)用液态燃料运行:
使用天然气作为燃料将SOFC的应用局限在靠近天然气供气网的区域内，从而使这项新技术的应用受到限制。因此存在着让SOFC使用液态燃料的迫切要求。因此，应与大型石油公司合作进行该课题的研究开发，选择一种适宜的液体燃料并设计出最适于使用这种新燃料的SOFC发电装置，以便为边远的用户服务。
(4)C02的分离:
Shell公司和 Siemens Westinghouse公司正在共同研制一种能将CO2从完全反应后的燃料中分离的SOFC设飞方案。例如，当把其装在用于回收油的平台上时，可以把CO2用泵压到地下储层中，这不但可省去CO2的排放税，还可提高原油的产出量。
(5)综合性应用:
CO2分离装置可能是点火的火花装置，它使得SOFC在一种封闭且可再生的能量循环中成为关键性部件。经过-段时间，SOFC能产生出热量和电力，例如用于大型暖房的设施中，SOFC装置产生的C02可用来加快植物的生长。而任何一种农作物收获后的剩余有机物都可以转化为气体供给SOFC作燃料。
范文五：燃料电池汽车发展前景
燃料电池汽车发展前景
概述
随着经济全球化进程的加快 , 世界汽车工业快速发展。汽车在发展国民经济和现代社会生活中 的地位日益显著。 近两年来 , 我国汽车工业连续保持了高速增长的势头。 据估计 , 我国汽车产业将会 保持 20~30 年的快速增长势头。但是 , 我国高速增长的汽车工业正面临传统能源制约的挑战。石 油属于不可再生能源 , 全球石油储量终将会有枯竭的一天。 据有关专家粗略估算 , 我国石油最终可采 资源量为 130~160 亿 t, 按照每年 1.69 亿 的开采速度 , 将只能维持最多七八十年的使用时间另 一方面 , 我国汽车保有量的快速增长 , 同时也给环境带来了巨大的压力 , 成为我国城市大气严重污 染的罪魁祸首。能源和环境问题已成为传统汽车发展的最大障碍,寻找和发展新的汽车洁净动力源 是当今汽车领域研究的热点。 20世纪 90年代以来,融合各种高新技术而兴起的,立足于氢能基础 上的燃料电池汽车代表了电动汽车的发展方向。
1 燃料电池汽车的应用前景
目前的电动汽车主要分为纯电动汽车(BEV, Battery Electric Vehicle ) 、混合动力电动汽车(HEV, Hybrid ElectricVehicle)和燃料电池电动汽车 (FCEV, FuelCell Electric Vehicle)三类。
纯电动汽车使用电动机作为动力,用电化学蓄电池作为能源储存单元,具有不依赖于石油,无 噪声和振动、操作性能好、效率高等突出优点。然而电化学蓄电池的能量密度和功率密度相对而言 比较小,续航能力低,目前只能用于旅游观光等短程行驶。虽然近来高性能电池如锂离子电池的发 展取得很大成功,但其成本较高,使得纯电动汽车的进一步推广存在非常大的困难。
混合动力电动汽车使用内燃机和电动机作为动力,节约了不可再生能源,同时极大的降低了尾 气的排放,是目前电动汽车市场的主流。然而将两套系统同时安装于本来只装一套系统的汽车上, 不仅加大了汽车本身的重量,也增加了整体工艺、控制等方面的要求。另外它还是到了传统的内燃 机,其消耗不可再生能源在所难免,在改善能源利用率和保护环境方面的表现还不尽人意。
燃料电池电动汽车以电动机为动力,用燃料电池作为能源转换装置,利用氢气作为燃料。与传 统内燃机汽车相比, FCEV 不通过热机过程,不受卡诺循环的限制,具有能量转化效率高、环境友好 等内燃机汽车不可比拟的优点,同时仍然可以保持传统内燃机汽车高速度、长距离行驶和安全、舒 适等性能,被认为是 21世纪首选的洁净、高效运输工具。国内外专家普遍认为燃料电池技术将成为 21世纪汽车工业核心。国家 863计划中,明确将燃料电池汽车发展放在了我国的电动汽车发展的首 位。
2 燃料电池种类及性质
燃料电池是利用燃料(氢气)和氧化物的电化学反应,将燃料的化学能直接转化为电能的高效 发电装置。通常由氧电极、燃料电极、电解质和催化剂等组成。燃料电池种类繁多,按照电解质的
种类可分为碱性燃料电池(A F C) 、磷酸燃料电池(P A F C) 、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC )等。 (一)碱性燃料电池
碱性燃料电池的电解质为氢氧化钾(K O H ) ,在燃料电极处以多孔镍(N i )或铂(Pt )为催化 剂。在氧化极处以多孔银(Ag )或金属氧化物、尖晶石等为催化剂。一般以石墨、镍和不锈钢作为 结构材料。碱性燃料电池是开发研究较早的一种燃料电池,其氧电极在碱性电解质的极化要比在酸 性电解质的极化小得多,还可以用非贵重金属作为催化剂,结构材料价格比较低廉。可以通过对氢 燃料量的控制,实现对其发电量的控制。但是碱性燃料电池需要以纯氢为燃料,如果燃料中含有碳, 碳与氧化合成一氧化碳会引起催化剂产生“中毒”现象而逐渐失效,使燃料电池效率降低或完全损 坏,二氧化碳也会被碱性溶液所吸收化合成碳酸盐,因此碱性燃料电池的燃气必须经过处理来清除 一氧化碳和二氧化碳后方能使用。碱性燃料电池的工作温度低,其余热利用价值较低。另外在阳极 上铂(Pt )的用量大,使得碱性燃料电池的成本增加。
(二)熔融碳酸盐燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池以多种碳酸盐混合物作为电解质, 在氧电极采用了掺锂 (Li ) 的氧化镍作为 催化剂,在燃料电极采用了多孔镍(Ni )作为催化剂。熔融碳酸盐燃料电池采用非贵重金属作为催 化剂,降低了使用成本。能够耐受 C O和 C O2的作用,可采用富氢燃料。用镍(N i)或不锈钢作为 电池的结构材料,材料容易获得并且价格便宜。熔融碳酸盐燃料电池为高温燃料电池,余热温度高, 余热可以充分利用。 但是熔融碳酸盐燃料电池也有不足之处, 它以 Li2CO3及 K2CO3混合物作为电解 质,在使用过程中会烧损和脆裂,降低了熔融碳酸盐燃料电池的使用寿命。电池化学反应过程十分 复杂,使得其结构和控制亦变得很复杂。
3 燃料电池汽车的技术关键
燃料电池汽车代表着未来汽车发展的方向,但从目前的技术条件来看离实现全面的商业化还有 一定的距离。
(一)燃料电池发动机
独立的燃料电池堆是不能作为汽车发动机的 , 必须和燃料供给系统、 氧化剂供给系统、 水 /热管理 系统及能控制各种阀件、传感器和水、热、气调节装置的控制系统等附属系统结合在一起才能对外 输出功率 [3]。燃料的纯洁度关系着电池的性能和可靠性。燃料电池的功率密度随氧气压力的增大而 升高,但使用空气压缩机提高空气供给压力又会因压缩机的寄生功率使得输出功率降低。电池内部 的水 /热管理是燃料电池的难点和重点, 是决定电池性能的关键。 低温运转的燃料电池堆 , 热量排出很 困难。燃料电池需要潮化薄膜和阳极、阴极气体 , 使质子转移以产生电力 , 当在冰点以下温度停车时 , 发生冷启动问题。随着电堆技术的日趋成熟,控制系统将成为决定燃料电池发动机性能和制造成本 的瓶颈。研制高效率、低成本和可靠性高的各子系统,及对系统进行优化集成、提高发动机的比功
率,改进和实现燃料电池动力平台轻量化和小型化仍是当务之急。
(二)燃料的制备、储存和运输
燃料电池车的续驶里程取决于所携带的氢的量 , 燃料的选择、存储与供给体系及安全问题与汽车 主体结构同样重要。燃料电池可以使用多种燃料 , 但主要为氢气、天然气和甲醇。
燃料电池电动汽车中燃料的储存及供给方法有 2种:直接储存氢气的方式及碳化氢系液态燃料 改性的方式。
直接储存氢气的方式是将氢气直接补充给电动汽车,虽然车上无需改性器,汽车系统较简单, 但必须另外建立补充氢气的设施。 常用的储氢方法有 :气态压缩储氢、 液态储氢、 金属氢化物储氢等。 碳纳米管和碳晶须储氢材料技术还处在实验室研究阶段。碳化氢系液态燃料改性方式,其燃料补充 及补给设施的建立是较容易的,而且具有持续行驶里程长的特点,但是,改性器的存在带来较多技 术问题,如增加了车辆的体积和重量,还有响应性能、启动性能方面的问题,而且,含有杂质的改 性气体还会使燃料电池发电特性恶化等问题。
氢气挥发性高,扩散快,在管道、容器中容易泄漏。当氢气在空气中的浓度达到 4%时,就有可 能引起爆炸。燃料系统的安全性也是关键问题之一。
4 结语
节能和环保的可持续发展要求决定了电动汽车将在汽车工业中扮演越来越重要的角色。燃料电 池汽车目前还面临众多的技术问题,在成本上离商业化还有不小的距离,但燃料电池汽车拥有无以 比拟的良好性能,必将代表电动汽车的发展方向。
