燃料电池汽车的现状与未来

　　1、燃料电池汽车的开发现状

　　1）概况

　　由于燃料电池汽车，尤其氢燃料电池汽车可以实现零污染排放，驱动系统几乎无噪音，且氢能取之不尽、用之不竭，使燃料电池汽车成为近年来汽车企业关注的焦点。为了获得竞争优势，各国纷纷出台政策，加速推进燃料电池关键技术的研发。2008年5月20日，欧洲议会通过《氢能源和燃料电池联合技术发展计划》，提供10亿欧元科研经费，用于燃料电池技术的研究。英国、德国、法国等也在近期加大了对氢燃料电池的研发资助力度。在美国，能源部制定的“氢计划”，在未来5年内投入30多亿美元开发氢燃料技术，逐步加大燃料电池汽车的市场份额。

　　预计到2010年，世界燃料电池汽车将发展到４万辆，其市场构成比例分别为：欧洲占40.5%，美国占38.0%，日本约占20.3%。

　　在我国，燃料电池汽车是“十五”期间全国12个重大研究专项之一。其中，质子膜关键技术被列为山东省第一号科技攻关项目，取得了重大突破。辽宁新源动力股份有限公司承接国家“863”重大科研项目，研制了200KW、110KW、60KW、30KW、10KW、5KW燃料电池系统、燃料电池电站、便携式电源等产品。在“十一五”期间，我国将继续加大对燃料电池汽车的研发投入，推动核心技术产业化。与汽车工业发达国家相比，我国发展新能源汽车虽然起步不晚，但国内汽车企业关键技术并不先进，存在核心技术“卡壳”的瓶颈，使国产燃料电池汽车产业化面临诸多挑战。

　　2）日本的发展路线

　　日本燃料电池的开发基本上由政府计划和引导，并且号称在燃料电池汽车诸多领域取得领先。从日本新能源开发组织（NEDO）制定的分阶段发展路线和关键技术目标（表1）中，我们不仅看到燃料电池的发展潜力很具有吸引力，同时也能衡量出我们存在的差距。结合我国政府制定的发展计划和行业发展水平，也许能帮助我们推测出燃料电池公交汽车走进我国城市生活的大体日程。

　　2、 燃料电池汽车技术动向与课题

　　1）小型化

　　燃料电池组的小型化对增大公交汽车的有效利用空间意义重大，是整车制造企业优先考虑的课题，也是公交汽车用户普遍关心的问题。影响燃料电池体积的技术指是“输出功率密度/体积（W/L）”。日本规定输出功率密度与体积之比达到2 kW/L这一水平才能认定为小型化。并将燃料电池隔膜材料及工艺的研究列为重点课题之一。

　　2）续驶里程

　　氢燃料电池汽车与纯电动汽车同样面临续航能力的课题，目标是使其具有象传统燃油汽车那样的便利性。国外最近成功研发了具有代表性的70 MPa车载氢贮存装置，一次加注氢燃料后的续驶里程可达到830 km。这标志着燃料电池公交汽车的续驶里程能够随着燃料电池汽车的发展同步提高。况且，公交汽车的行驶范围更便于加注燃料。

　　3）低温起动性

　　氢燃料汽车的低温起动性能限制了汽车的应用范围，一直作为一个技术难题受到行业关注并持续进行全力破解。可喜的是，目前国外已有少数企业突破了这一技术瓶颈，号称-30℃寒冷环境下的低温起动性能已经通过了试验与验证。但-40℃的低温起动目标尚未突破。

　　4）耐久性

　　燃料电池汽车的耐久性集中在燃料电池上。日本丰田汽车公司发表了燃料电池的膜-电极接合体（MEA：Membrane Electrode Assembly）4阶段耐久性改善计划，在系统泄漏、触媒电极退化导致的电压下降等关键材料和技术方面分阶段提高，使系统的耐久性大幅改善。技术目标为：燃料电池系统性能下降至30%时的寿命提高至25年；系统性能下降至10%的寿命提高至15年。在防止燃料交叉泄漏方面也将实现突破性改善。

　　影响燃料电池材料（MEA）使用寿命和性能的一个重要的关联要素是氢燃料的纯度。目前国际标准规定氢纯度为99.99%，并且对CO和硫磺成分的混入量提出了严格限制标准。上述不良成分对燃料电池的影响极大，然而高纯度氢的制取与氢生产成本互为矛盾，需要二者合理兼顾。所以，在氢燃料达标范围内提高燃料电池的使用寿命便成了永久的课题。

　　5）降低成本

　　成本是推广燃料电池汽车的最大障碍。在取得电池组小型化、提高续驶里程、改善低温起动性能、满足耐久性使用要求的前提下，降低成本、实现产业化和商品化成为必须实现的目标。为实现续驶里程830 km的目标，将贮氢罐的耐压能力由35 MPa提高到70 MPa，采用碳纤维材料制作耐高压贮氢罐将使成本大幅增加。

　　除此之外，降低燃料电池的外围设备的成本也不可忽视。比如，研制高温、低温无需加湿条件也可运转的电池组；实现冷却系统、加湿装置等外围设备的简单化、低成本化等。

　　日本提出，到2030年使燃料电池成本降低至目前的1/100；整车售价由目前的数千万日元降低到数百万日元。到2020年，使燃料电池汽车的售价与普通汽车价格相当。

　　6）氢燃料的回收

　　从降低氢燃料消耗的理念出发，燃料电池排出口的氢燃料回收再利用技术同样引起重视。为此，在氢燃料中保有适量非活性的氦气，也是氢燃料制取中需要考虑的课题。

　　通过以上分析可以看出，以氢为动力的燃料电池汽车是最理想的新能源汽车，但面临的技术门槛和经济性障碍仍需要一定的时间才能逐一攻破。从目前的研发水平看来，世界级的领先企业和研究机构已经取得了研制新一代燃料电池汽车的技术途径，核心技术则聚焦在降低成本和提高寿命上，这些问题一旦得到解决，燃料电池汽车即可“破茧成蝶”，燃料电池公交汽车也将同时实现产业化并进入城市公共交通体系。