系别专业：汽车与动力工程系汽车检测与维修

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摘要 .................................. 2

关键词 .................................. 2

一 燃料电池汽车的发展 .................................. 2

二 燃料电池汽车的工作原理 .................................. 2

三 燃料电池汽车和其他动力汽车的对比和优势 .................................. 4

四 燃料电池汽车面临的问题及发展对策 .................................. 5

五 燃料电池汽车发展趋势 .................................. 6

六 结论 .................................. 7

摘要

燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。 燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。

关键词：汽车 燃料电池 发展

一 燃料电池汽车的发展

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。

二 燃料电池汽车的工作原理及最佳选择

燃料电池车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动汽车。甲醇、天然气和汽油也可以替代氢（从这些物质里间接地提取氢），不过将会产生极度少的二氧化碳和氮氧化物。但总的来说，这类化学反应除了电能就只产生水。因此燃料电池车被称为“地道的环保车”。

燃料电池的燃料的氢气、甲醇和汽油三种。根据燃料电池的发电原理，氢气是最理想的燃料。一是氢气可以直接参与电化学反应；二是氢气燃料电池的产物中只有洁净的水蒸汽，对环境不会造成任何污染。要将氢气作为燃料电池汽车的燃料，问题就远非这么简单了。以氢气为燃料，必须解决以下两个问题：一是如何经济地获取纯氢天然气等传统的化石燃料，通过重整或改质技术转化而来。这样一来，氢作为二次能源，它的制取不仅要消耗大量的能量，而且并没有从根本上摆脱对化石能的依赖，也没有从根本上消除对环境的污染。自然界中，氢能大量存储在水中，虽然取之不尽，但直接使用热分解或是电解的办法从水中制氢、显然不划算。因此多数科学家都将目光转向了利用太阳能，但是目前还存在许多技术障碍。目前，他们正在进行太阳能分解水制氢。太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等方面的研究。只有到了能以再生性能源廉价地生产出氢燃料，氢燃料电池民汽车的燃料问题才算获得了根本性解决。

料电池种类繁多，其性质和荼温度范围随所用的电解质的性质而异，对于汽车用燃料电池，质子交换膜燃料电池（PEMFC）最为适合。它的结构紧凑，工作温度低（只有80℃），启动迅速，功率密度高，工作寿命长。PEMFC的核心是一涂有铂催化剂的弹性塑料膜。铂催化剂把氢气转化为质子和电子，只有质子可以通过电解质膜，与膜另一侧的氧结合生成水，而电子在闭合的外电路中形成电流。PEMFC早在20世纪60年代就用在双子星宇宙飞船中作备用电源。由于其输出的电流太小而且造价地高，限制了它的商业应用，更不用说用来驱动汽车了。80年代晚期，洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员对催化剂做了大量改进，使铂的用量减少了90%。全球领先的燃料电池开发商，加拿大的巴拉德动力系统公司通过改进电解质膜，使电池的能量密度成倍增加，这是其它燃料电池所无可比拟的。

三 燃料电池汽车和其他动力汽车的对比和优势

目前解决能源与环境问题的新能源环保汽车主要有3类：纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。

从环保角度来看，第1代环保汽车是纯电动汽车，其动力来自蓄电池组。电动车有很长的发展历史，其最大的优点是行驶过程中无污染。缺点是蓄电池电量有限，跑的距离短，电池本身很重，充电时间很长，且成本高、折旧快，还容易对环境造成二次污染。

第2代环保汽车是混合动力汽车，它采用内燃机和电动机两种动力，克服了电池电动车续驶里程短的致命弱点。混合动力汽车在高速行驶时利用汽油燃烧发电，以电力推动汽车行驶，多余电力储入蓄电瓶，此时汽油充分燃烧，有利于保护环境。但混合动力汽车低速行驶和启动时，会因汽油燃烧不充分而产生很多废气，把两种技术纳入一辆车里，技术和工艺复杂，材料多，重量大，而且仍然离不开汽油。

1、燃料电池汽车属于第3代环保汽车。燃料电池汽车实际上是一种氢能汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2~3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。 单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。与传统汽车相比，燃料电池汽车以丰富的可再生资源—— —氢为能源，通过氢和氧的反应产生电能供给动力系统。氢和氧化学反应生成水蒸气，不排放碳化氢、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物质，因此，尾气只有水蒸气。它不会给环境带来任何污染，堪称“零污染”的理想环保车。燃料电池将化学能直接转为电能，在能量产生效率上比汽油、柴油等传统燃料高出一筹，在能量耗尽后，燃料电池不像传统的电池那样需要长时间充电，而只需补充燃料即可继续工作，这一点对汽车驾驶者来说尤为方便。燃料电池汽车使用的燃料是氢，而获取氢的途径又是多种多样的。用于燃料电池的氢可从富含氢的石化燃料制取，例如天然气、甲醇、汽油等，也可从水里提取氢和生物制氢。与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点： 1、零排放或近似零排放。 2、减少了机油泄露带来的水污染。 3、降低了温室气体的排放。 4、提高了燃油经济性。 5、提高了发动机燃烧效率。 6、运行平稳、无噪声。燃料电池汽车的开发，对利用清洁能源、改善地球环境，解决能源危机，促进汽车产业升级都具有十分重要的意义。

四 燃料电池汽车面临的问题及发展对策

目前，国内运行的燃料电池汽车主要以示范车为主，一般用在特殊场合展示、旅游观光代步，还没有实现真正的商业化。国际市场上虽然有部分燃料电池车在商业化运营，但仍以出租车为主。燃料电池汽车在投入使用、最终真正进入市场前尚需解决许多问题，如燃料电池系统的小型化和轻量化问题，氢的制备、储存与

运输问题，燃料电池汽车价格问题。燃料电池车所面临的最大问题是如何削减成本，目前燃料电池汽车生产成本均高于普通燃油汽车，要大规模市场化，还需要在技术上有重大突破，技术攻关和市场孕育还需要一段路。另外，安全性也是不

可忽略的一个因素，需要保证燃料电池汽车在高速度下侧面碰撞和追尾碰撞的安全性。当燃料电池车和燃料同时条件具备，燃料电池车才可能取得高销售量。因此，还需建立氢气供应站，如果没有大量方便的氢气供应站，氢燃料电池汽车不

可能正式走上高速公路，但如果没有大量的氢燃料电池汽车所产生的需求，大量的氢气供应站又不可能出现。只有这些问题被解决、需求被迎合，燃料电池汽车才可走向商业化，燃料电池汽车产量将会增加。尽管目前燃料电池车存在制

造、储存以及基础设施等问题，成本也较高，但这些方面都不存在无法克服的技术障碍。燃料电池车将大大改变目前人类过分依赖石油资源的现状，全球的温室效应、城市污染等难题也将得到实质性的缓解。

燃料电池汽车的研制和开发是目前汽车产业的一个国际性“热点”，它的成功与否直接关系到能源替代、城市环保等问题的解决。作为世界上最大的发展中国家，开发新的能源、保护环境，实现可持续发展意义重大。燃料电池技术必须同合理的规划、完善的政策和管理、可持续的交通体系相结合，必须同人类理性的发展方式和生活方式相结合，才会带给我们一个可持续发展的未来，以燃料电池技术为代表的汽车动力新科技将有力促进我国能源和环保事业的发展。近年来，一方面，我国汽车数量迅速增加，带来城市交通拥挤和环境恶化等问题；另一方面，我国汽车产业也面临着进入 的严峻挑战。一旦在燃料电池汽车上取得突破性成功，我国就可以扭转汽车产业被国外汽车公司操纵的命运。燃料电池汽车为我国汽车工业的发展提供了新机遇，它使中国汽车产业站在一个全新的起点上。因此，我国应避免在能源和环境问题上走弯路，采取恰当的发展模式和政策，使中国汽车产业取得未来相应的世界市场份额。采用燃料电池作为汽车的动力源之后，不单单汽车结构会发生重大变化，而且原有的横向配套体系也随之改变。汽车产业的固有格局将被打破，化学工业在汽车制造中将扮演重要角色。由于燃料电池车上需要更多的电子设备，对硬件和软件的需求增加，科技含量更高，知识密集度也更高。因此，中国燃料电池汽车的开发应采取两条腿走路，一方面是继续加快有自主知识产权的燃料电池开发步伐；另一方面，采用与国外厂家合作的模式，进行燃料电池商业化技术的开发，分享未来市场的份额。

五 燃料电池汽车发展趋势

在全球污染日益严重的情况下，燃料电池公共汽车技术被认为是零排放公共交通工具最有前

景的技术之一。燃料电池技术将代表高效、无污染、无噪声的 21世纪驱动系统，它必将给整个汽车工业带来根本性的变革。应用这一技术，不仅能减少交通部门对日益短缺的传统能源的依赖，而且会推动人类社会进入一个新的洁净能源—— —氢能的时代。燃料电池汽车替代传统的内燃机汽车，已成为一种不可逆转的趋势，世界汽车市场在10 年内将会重新分配。福特、通用、戴克、丰田、日产、雷诺等汽车公司正不断增加用于燃料电池车的研发经费，这些公司在2005年前后，以一定的批量生产燃料电池车，并以普通的交易方式投放市场。燃料电池车的优势凸现阶段大约在 2010年之后出现，至2015年，燃料电池车的储氢、制氢技术将获重大突破并实现商品化，加氢或氢供应设施更加完善，相应的设备开始投入大批量生产。到2020年，欧美有望普遍建立供氢的基础设施，美国将大批量生产燃料电池车，全球燃料电池车的销售量为300--500 万辆。到 2025年，燃料电池车的产量将占世界汽车总产量的 20%，燃料电池车不仅在美、日、欧经济发达国家和地区受到青睐，而且发展中国家和地区的需求量也会上升。2025年后，发达地区燃料电池车的需求量将占市场需求潜力的 50%左右，全球燃料电池车将迈入市场快速发展阶段。相信，随着技术进步带来配套设施的逐步完善，燃料电池汽车飞驰于高速公路之日已不再遥远

备注：09年公布的新能源公共服务用车补贴标准

六 结论

燃料电池汽车凭借其独特的技术优势。在不久的将来极有可能替代传统的内燃机车辆，混合动力汽车甚至是纯电动汽车，成为我们日常生活必不可少的一部分。但从目前情况看，燃料电池汽车如果想要在产业化发展方面取得突破，还需要着力解决辅助设施建设和成本过高这两个方面的问题。首先，在辅助设施建设上还需要加快燃料电池汽车所需的加气站的建设。同时改善氢气的制取工艺，设法降低氢气的制取、运输、存储成本。另一方面方面。燃料电池极高的成本极大的限制了燃料电池汽车的发展与应用，能否降低燃料电池的生产成本将极大的影响燃料电池汽车及燃料电池技术的普及。但我相信在全世界各地科研人员的努力下，燃料电池技术更加成熟，必将攻克燃料电池成本过高的技术难关。

参考资料及文献 浙江汽车网 百度文库 陈清泉，孙逢春《现代汽车技术》 陈全世《燃油电池电动汽车》 宋慧《电动汽车》