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   燃料電池汽車存在的優點令人期待并受到矚目，許多國家的企業和研究機構在燃料電池組的一體化、燃料處理器和輔助裝置等方面，正在朝著高技術集成、降低成本和商業化方向進行著不懈的努力。燃料電池公交汽車雖非指日可待但也正在向我們走來。

   燃料電池汽車（FCV：Fuel Cell Vehicle）與電動汽車的根本區別在于：燃料電池是一種發電裝置，既不像非充電電池那樣用完后丟棄，也不像充電電池那樣需要經常充電，使用過程中只需為燃料電池添加燃料即可維持電力持續使用。由于其能量是通過氫氣和氧氣的化學作用（并非經過燃燒）直接變成電能的，化學反應過程不會產生有害產物，并且能量轉換效率也比內燃機要高2～3倍。從能源利用效率和環境影響進行綜合評價，燃料電池汽車是一種理想的清潔能源汽車。

   1 燃料電池汽車

   1）燃料電池汽車的基本構造

   燃料電池汽車主要由貯氫罐、燃料電池組、電機控制系統、驅動電機、超級電容或輔助蓄電池及熱交換器等部件組成。由圖1可以看出，燃料電池汽車與純電動公交汽車的主要區別是電力來源方式的不同。

圖1 燃料電池汽車的基本構造

   2）燃料電池的工作原理

   燃料電池雖然稱電池但不是電池，而是相當于一臺氫燃料發電機。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。

   工作時給負極供給燃料(氫)，給正極供給氧化劑(空氣)。氫在負極分解成正離子H＋和電子e-：2H2→4H++4e-，氫離子進入電解質中，而電子則沿外部電路(含負載)移向正極（圖2）。

   氧在正極獲得氫離子和電子反應為水：O2+4H++4e- →2H2O。可見這正是水的電解反應的逆過程(圖2)，且燃料電池唯一的排放物是水。燃料電池所使用的燃料有氫氣、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有機燃料，汽油、柴油和天然氣等燃料，有機燃料和氣體燃料必須經過重整器“重整”為氫氣后，即可成為燃料電池的燃料。

   最初，電解質板是利用電解質滲入多孔的板而形成，現在已發展為直接使用的固體電解質材料。

圖2  燃料電池的發電原理

   3）燃料的供給方法

   氫燃料電池汽車的燃料供應通常為三種方式：高壓氣態、液態和氫化物形態。

   用壓縮氣體罐貯存的氫，由于能量密度低使續駛里程受到限制，一般只能供燃料電池汽車行駛150km左右。此外，由于氫氣是最小的分子，故很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都會造成可怕的安全事故。

   采用-253℃深度致冷技術使之成為液態，雖然能量密度高但由于熱絕緣技術存在一定難度，并且由液態轉化為氣態過程中能量損失大，將其推向市場還存在較大技術難題。

   可喜的是，儲氫材料的開發已取得令人鼓舞的進展。氫的化學特性活躍，它可以同許多金屬或合金化合，吸收氫之后形成一種金屬氫化物，其中有些金屬氫化物的氫含量很高，甚至高于液氫的密度，并且這類金屬氫化物在一定溫度條件下會分解，把所吸收的氫釋放出來，成了一種良好的貯氫材料。還有，具有復雜的納米結構的石墨纖維，其單位質量可以吸收20%的氫氣。

   2 燃料電池汽車的優點

   1）發電效率很高

   燃料電池采用化學能直接轉換電能的發電方式（圖3），而火力發電是將煤炭、石油燃燒產生的熱能轉換成為動能，然后再將動能轉換成電能使發電效率大打折扣。如：石油發電的綜合能源利用效率不過35.3%，而氫燃料電池的最大發電效率可達82.9%，相當于石油發電效率的2.35倍。

a)燃料電池發電

b)火力發電

圖3 兩種發電方式的流程與效率對比

   2）無送電損失

   燃料電池可在使用場所將燃料的化學能直接轉換為電能，如：汽車、車間、住宅等現場直接發電并向用電設備直接傳送，所以不存在送電損失問題。而火力發電的遠距離送變電損失則高達6%左右。

   3）環境負荷小

   燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，本身工作不產生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。而火力發電伴隨能源的燃燒會向大氣排放各種有害物質和大量CO2。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源。

    4）燃料類型廣泛

   燃料電池發電時所用的燃料是氫和氧，其中氧可以從空氣中直接獲取，實際工作時所需燃料只有氫。制取氫所使用的燃料則是多樣化的，如：天然氣、甲醇、乙醇(酒精)、石油和煤炭等化石燃料。通過再生能源制氫（電解水制氫、太陽能電解制氫、生物制氫）形成循環利用系統，這種循環系統特別適用于邊遠地區，使系統建設成本和運行成本降低。由此可以降低人類對石油的依賴性，符合應對石油匱乏的全球能源戰略。

   5）經濟性好

   試驗表明，氫燃料電池車輛的能耗經濟性可達到傳統汽油車的2～3倍，從節約能源的角度來看，燃料電池汽車明顯優于用內燃機的普通汽車。