研究概況

據(jù)最新統(tǒng)計(jì)迄今為止推出的燃料電池汽車中，壓縮氫氣最受關(guān)注,這主要是因?yàn)檫@種車型的燃料供給在技術(shù)性上最為簡(jiǎn)單可行。各公司出產(chǎn)的FCV(燃料電池車)從續(xù)駛里程、最大時(shí)速，到燃油經(jīng)濟(jì)性，乃至儲(chǔ)氫的壓力等方面，都取得了較大進(jìn)展。

目前日本、韓國(guó)和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都將大型燃料電池的開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，企業(yè)界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在已取了許多重要成果，使得燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)而廣泛應(yīng)用于發(fā)電及汽車上。

研究現(xiàn)狀

對(duì)于國(guó)內(nèi)而言氫燃料內(nèi)燃機(jī)的研究比較滯后。直到上世紀(jì)80年代，才涌現(xiàn)出了以浙大、天大等著名高等院校為主要代表的對(duì)氫內(nèi)燃機(jī)的探索研究，而且研究工作主要針對(duì)的是混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，氫燃料通常作為輔助燃料與汽油、柴油等傳統(tǒng)燃料混合燃燒；

總的來(lái)說(shuō)我國(guó)對(duì)氫發(fā)動(dòng)機(jī)的研究起步較晚，在關(guān)乎氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的眾多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域仍然處于空白階段或是剛剛起步的階段，如較大規(guī)模的制造氫能源、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)、氫氣的供給系統(tǒng)與系統(tǒng)的安全、發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略、污染物排放控制技術(shù)、綜合電子控制管理系統(tǒng)等等都存在不足。在研究的內(nèi)容方面，絕大多數(shù)只是高等院校的理論性探索研究，在核心技術(shù)方面差距仍較大，整體的技術(shù)水平不高。

國(guó)際產(chǎn)品應(yīng)用

英國(guó)政府將大力發(fā)展氫燃料電池汽車，計(jì)劃在2030年之前使英國(guó)氫燃料電池車保有量達(dá)到160萬(wàn)輛，并在2050年之前使其市場(chǎng)占有率達(dá)到30%～50%。政府將從2015年起實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車本土化生產(chǎn)，并自行研發(fā)相關(guān)技術(shù)，另外還將建設(shè)氫燃料補(bǔ)給站。目前從今年起的一段時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)代、豐田、戴姆勒克萊斯勒、本田等公司都將在荷蘭市場(chǎng)推出氫能源汽車。

荷蘭政府稱將起帶頭作用，將全球氫能源汽車的發(fā)展推上新的階段。

國(guó)內(nèi)產(chǎn)品應(yīng)用

2008年我國(guó)自主研制的基于大眾帕薩特車型，通過(guò)改制和集成最新一代燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)氫燃料電池轎車在同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心舉行赴京發(fā)車儀式，并在奧運(yùn)會(huì)期間投入運(yùn)營(yíng)。這20輛燃料電池汽車以氫氣為能源，經(jīng)氫氧化學(xué)反應(yīng)生成水，從而真正實(shí)現(xiàn)零污染。

北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)上使用氫燃料電池車都展示了我國(guó)在氫燃料電池車開(kāi)發(fā)應(yīng)用上的實(shí)力和進(jìn)步，但我國(guó)氫燃料電池的研究水平與歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，尚有一定差距，主要表現(xiàn)在我國(guó)氫燃料電池轎車車重200多千克，價(jià)格貴5倍以上。而且氫燃料電池車仍然處于技術(shù)驗(yàn)證與特定考核試驗(yàn)考核階段。

產(chǎn)品組成

氫燃料電池車主要由高壓儲(chǔ)氣罐、氫燃料電池堆棧、燃料電池升壓器、動(dòng)力蓄電池組、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力控制單元等組成。

工作原理

在燃料電池堆棧里，進(jìn)行著氫與氧相結(jié)合的反應(yīng)，其過(guò)程中存在電荷轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生電流。與此同時(shí)氫與氧化學(xué)反應(yīng)后正好生成水。

燃料電池堆棧作為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)池，其最為關(guān)鍵的技術(shù)核心為“質(zhì)子交換薄膜”。在這層薄膜的兩側(cè)緊貼著催化劑層，將氫氣分解為帶電離子狀態(tài)，因?yàn)闅浞肿芋w積小，攜帶電子的氫可以透過(guò)薄膜的微小孔洞游離到對(duì)面去，但是在攜帶電子的氫穿越這層薄膜孔洞的過(guò)程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質(zhì)子通過(guò)薄膜到達(dá)另一端。氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子正電和電子、將氧氣拆分成氧原子以捕獲電子變?yōu)檠蹼x子（負(fù)電），電子在電極板之間形成電流，2個(gè)氫離子和1個(gè)氧離子結(jié)合成為水，水成為了該反應(yīng)過(guò)程中的唯一“廢料”。從本質(zhì)來(lái)講整個(gè)運(yùn)行過(guò)程就是發(fā)電過(guò)程。隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行，電子不斷發(fā)生轉(zhuǎn)移就形成了驅(qū)動(dòng)汽車所需的電流。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

節(jié)能環(huán)保性能優(yōu)越

縱觀氫燃料電池整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，除了消耗氧氣和空氣之外，沒(méi)有其他的能源消耗，沒(méi)有加油也沒(méi)有充電，節(jié)能性能毋庸置疑。同時(shí)，氫燃料電池堆棧在生產(chǎn)電能的過(guò)程中只產(chǎn)生水，因此其最大的優(yōu)勢(shì)就是真正的實(shí)現(xiàn)了“零排放”目標(biāo)。

容易實(shí)現(xiàn)

燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用化相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)只需稍加的改動(dòng)就可以燃用氫氣，而且可以充分利用全球現(xiàn)存的車用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線路和配套設(shè)施，因此是目前車用發(fā)動(dòng)機(jī)氫能應(yīng)用解決方案中最具經(jīng)濟(jì)性和使用最廣泛的。此外，氫內(nèi)燃機(jī)對(duì)氫燃料純度的要求也沒(méi)有燃料電池那么苛刻，并且在內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用方面，傳統(tǒng)的汽車廠商已經(jīng)擁有了大量的經(jīng)驗(yàn)。

燃料補(bǔ)充時(shí)間與燃油車相當(dāng)

氫燃料電池車加注氫氣的過(guò)程非?？焖俦憬?，專用的加氫設(shè)備僅需3分鐘即可充滿氫原料，相對(duì)于純電動(dòng)車超長(zhǎng)的充電等待時(shí)間而言，其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。

性能叫板燃油車

奧迪A7Sportbackh-tronquattro作為一款氫燃料電池車，前后軸各配備了一臺(tái)最大輸出功率85Kw，最大扭矩270Nm的電動(dòng)機(jī)，總功率達(dá)170Kw，更提供了高達(dá)540Nm的扭矩。該車0-100Km加速7.9秒，最高時(shí)速180Km/h，可與汽油車媲美。

應(yīng)用前景

氫燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是令人難以想象的,如果使純氫氣,它的生產(chǎn)產(chǎn)物只有水,無(wú)污染、無(wú)噪聲、效率高、響應(yīng)性好等。氫燃料電池不但在汽車上可作為汽車的綠色動(dòng)力源,而且在工業(yè)上也可作為一個(gè)大型氫燃料發(fā)電站,前景是不言而喻的。整個(gè)氫能系統(tǒng)技術(shù)中的燃料電池,被加拿大著名科學(xué)家斯科特比喻為能源系統(tǒng)的“芯片”,即能源供應(yīng)中起著重要的關(guān)鍵作用,它進(jìn)而延伸至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展,以及人民生活中起著不可或缺的重要作用。