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1、燃料電池汽車的開發現狀

   1）概況

   由于燃料電池汽車，尤其氫燃料電池汽車可以實現零污染排放，驅動系統幾乎無噪音，且氫能取之不盡、用之不竭，使燃料電池汽車成為近年來汽車企業關注的焦點。為了獲得競爭優勢，各國紛紛出臺政策，加速推進燃料電池關鍵技術的研發。2008年5月20日，歐洲議會通過《氫能源和燃料電池聯合技術發展計劃》，提供10億歐元科研經費，用于燃料電池技術的研究。英國、德國、法國等也在近期加大了對氫燃料電池的研發資助力度。在美國，能源部制定的“氫計劃”，在未來5年內投入30多億美元開發氫燃料技術，逐步加大燃料電池汽車的市場份額。

   預計到2010年，世界燃料電池汽車將發展到４萬輛，其市場構成比例分別為：歐洲占40.5%，美國占38.0%，日本約占20.3%。

   在我國，燃料電池汽車是“十五”期間全國12個重大研究專項之一。其中，質子膜關鍵技術被列為山東省第一號科技攻關項目，取得了重大突破。遼寧新源動力股份有限公司承接國家“863”重大科研項目，研制了200KW、110KW、60KW、30KW、10KW、5KW燃料電池系統、燃料電池電站、便攜式電源等產品。在“十一五”期間，我國將繼續加大對燃料電池汽車的研發投入，推動核心技術產業化。與汽車工業發達國家相比，我國發展新能源汽車雖然起步不晚，但國內汽車企業關鍵技術并不先進，存在核心技術“卡殼”的瓶頸，使國產燃料電池汽車產業化面臨諸多挑戰。

   2）日本的發展路線

   日本燃料電池的開發基本上由政府計劃和引導，并且號稱在燃料電池汽車諸多領域取得領先。從日本新能源開發組織（NEDO）制定的分階段發展路線和關鍵技術目標（表1）中，我們不僅看到燃料電池的發展潛力很具有吸引力，同時也能衡量出我們存在的差距。結合我國政府制定的發展計劃和行業發展水平，也許能幫助我們推測出燃料電池公交汽車走進我國城市生活的大體日程。

   表1 日本NEDO制定的分階段發展路線和關鍵技術目標

   注：①資料來自“NEDO氫燃料電池技術開發路線（2008版）”。

   ②目前1萬日元≈700元。

   ③耐久性指標中，1h≈48km。

   2、 燃料電池汽車技術動向與課題

   1）小型化

   燃料電池組的小型化對增大公交汽車的有效利用空間意義重大，是整車制造企業優先考慮的課題，也是公交汽車用戶普遍關心的問題。影響燃料電池體積的技術指是“輸出功率密度/體積（W/L）”。日本規定輸出功率密度與體積之比達到2 kW/L這一水平才能認定為小型化。并將燃料電池隔膜材料及工藝的研究列為重點課題之一。

   2）續駛里程

   氫燃料電池汽車與純電動汽車同樣面臨續航能力的課題，目標是使其具有象傳統燃油汽車那樣的便利性。國外最近成功研發了具有代表性的70 MPa車載氫貯存裝置，一次加注氫燃料后的續駛里程可達到830 km。這標志著燃料電池公交汽車的續駛里程能夠隨著燃料電池汽車的發展同步提高。況且，公交汽車的行駛范圍更便于加注燃料。

   3）低溫起動性

   氫燃料汽車的低溫起動性能限制了汽車的應用范圍，一直作為一個技術難題受到行業關注并持續進行全力破解。可喜的是，目前國外已有少數企業突破了這一技術瓶頸，號稱-30℃寒冷環境下的低溫起動性能已經通過了試驗與驗證。但-40℃的低溫起動目標尚未突破。

   4）耐久性

   燃料電池汽車的耐久性集中在燃料電池上。日本豐田汽車公司發表了燃料電池的膜-電極接合體（MEA：Membrane Electrode Assembly）4階段耐久性改善計劃，在系統泄漏、觸媒電極退化導致的電壓下降等關鍵材料和技術方面分階段提高，使系統的耐久性大幅改善。技術目標為：燃料電池系統性能下降至30%時的壽命提高至25年；系統性能下降至10%的壽命提高至15年。在防止燃料交叉泄漏方面也將實現突破性改善。

   影響燃料電池材料（MEA）使用壽命和性能的一個重要的關聯要素是氫燃料的純度。目前國際標準規定氫純度為99.99%，并且對CO和硫磺成分的混入量提出了嚴格限制標準。上述不良成分對燃料電池的影響極大，然而高純度氫的制取與氫生產成本互為矛盾，需要二者合理兼顧。所以，在氫燃料達標范圍內提高燃料電池的使用壽命便成了永久的課題。

   5）降低成本

   成本是推廣燃料電池汽車的最大障礙。在取得電池組小型化、提高續駛里程、改善低溫起動性能、滿足耐久性使用要求的前提下，降低成本、實現產業化和商品化成為必須實現的目標。為實現續駛里程830 km的目標，將貯氫罐的耐壓能力由35 MPa提高到70 MPa，采用碳纖維材料制作耐高壓貯氫罐將使成本大幅增加。

   除此之外，降低燃料電池的外圍設備的成本也不可忽視。比如，研制高溫、低溫無需加濕條件也可運轉的電池組；實現冷卻系統、加濕裝置等外圍設備的簡單化、低成本化等。

   日本提出，到2030年使燃料電池成本降低至目前的1/100；整車售價由目前的數千萬日元降低到數百萬日元。到2020年，使燃料電池汽車的售價與普通汽車價格相當。

   6）氫燃料的回收

   從降低氫燃料消耗的理念出發，燃料電池排出口的氫燃料回收再利用技術同樣引起重視。為此，在氫燃料中保有適量非活性的氦氣，也是氫燃料制取中需要考慮的課題。

   通過以上分析可以看出，以氫為動力的燃料電池汽車是最理想的新能源汽車，但面臨的技術門檻和經濟性障礙仍需要一定的時間才能逐一攻破。從目前的研發水平看來，世界級的領先企業和研究機構已經取得了研制新一代燃料電池汽車的技術途徑，核心技術則聚焦在降低成本和提高壽命上，這些問題一旦得到解決，燃料電池汽車即可“破繭成蝶”，燃料電池公交汽車也將同時實現產業化并進入城市公共交通體系。