氫燃料電池汽車優(yōu)缺點(diǎn)

一提新能源，第一印象就是環(huán)保節(jié)能。一提新能源汽車，第一印象就是特斯拉電動(dòng)汽車。其實(shí)，中國北方用煤炭發(fā)電比較多，煤炭燃燒當(dāng)然會(huì)產(chǎn)生污染，所以純電動(dòng)并不能代表是完全環(huán)保無污染。相比之下，氫氣沒有污染、零排放，甚至取代石油也指日可待。

氫燃料電池已不是什么全新的技術(shù)，早在20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。進(jìn)入70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進(jìn)的制氫技術(shù)，氫燃料電池很快就被運(yùn)用于發(fā)電和汽車。波音公司于2008年4月3日成功試飛氫燃料電池為動(dòng)力源的一架小型飛機(jī)。

尾氣排出只有水的汽車

氫燃料電池汽車也是電動(dòng)汽車，只不過它的“電池”是氫燃料電池。和普通化學(xué)電池相比，燃料電池通常是補(bǔ)充氫氣。一些燃料電池能使用甲烷，甲醇，乙醇和汽油作為燃料，通常稱為重整燃料電池=重整制氫+氫燃料電池。許多公司都已推出氫燃料電池汽車，迄今為止豐田本田現(xiàn)代已經(jīng)有了量產(chǎn)燃料電池汽車上市。氫燃料電池技術(shù)是未來改變?nèi)祟惿畹男录夹g(shù)之一，將成為解決石油危機(jī)的新途徑。

氫燃料電池汽車尾氣僅排放水，可以實(shí)現(xiàn)零污染排放。氫燃料電池汽車是以氫氣作為燃料。將氫氣送入汽車燃料缸中，與燃料電池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氫和空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)換為電能驅(qū)動(dòng)汽車行駛，這一化學(xué)反應(yīng)過程唯一的副產(chǎn)物就是水或者蒸汽，完全沒有二氧化碳，非常環(huán)保。

以豐田首款氫燃料電池車Mirai為例，充滿燃料的Mirai擁有近似于傳統(tǒng)汽油車的巡航里程，達(dá)到約500公里；同時(shí)它在動(dòng)力上也不弱，Mirai的最大馬力為155馬力(114千瓦)、最大扭矩335N·m、最高時(shí)速可達(dá)到178公里，從啟動(dòng)、提速到100公里/小時(shí)僅需9.6秒，完全能夠應(yīng)付平常的行車需求。燃料填充時(shí)間僅需約3分鐘，和傳統(tǒng)汽油車的加油時(shí)間差不了多少。

氫燃料電池的工作原理

和普通電池一樣，燃料電池由陽極、陰極和電解質(zhì)組成。大部分燃料電池汽車使用聚合物交換膜燃料電池（PEMFC）。氫燃料電池的基本工作原理是將氫氣送到燃料電池的陽極板（負(fù)極），經(jīng)過催化劑——鉑的作用，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板（正極），與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水，如圖所示。

由于供應(yīng)給陰極板的氧，是從空氣中獲得的，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲(chǔ)能，確切地講應(yīng)該稱為氫發(fā)電裝置。

燃料汽車VS電動(dòng)汽車

1.燃料電池汽車相比電動(dòng)汽車的主要優(yōu)勢(shì)就是方便。氫氣燃料電池汽車只需3到5分鐘就能充滿長途行駛所需的高壓儲(chǔ)氣罐（70Mpa），而不是等上幾個(gè)小時(shí)來充滿電。電動(dòng)汽車要做到這一點(diǎn)，就必須更換整組電池。充電最快的eslaModelS也至少需要20分鐘才能充滿電，但行駛的距離還不到氫氣燃料電池汽車的一半。這讓燃料電池汽車更方便日常使用，汽車制造商們據(jù)此認(rèn)為，希望尋找更環(huán)保汽車的消費(fèi)者也許會(huì)認(rèn)為燃料電池汽車要比電動(dòng)汽車更實(shí)用。

2.在性能和環(huán)保方面，燃料電池汽車使用和電動(dòng)汽車一樣的電動(dòng)馬達(dá)，所以性能表現(xiàn)差不多。但燃料電池會(huì)更適合皮卡和SUV，目前鋰電池并沒有辦法滿足這些車型的需要。鋰電池也要比燃料電池組（儲(chǔ)氫罐）重得多。

3.燃料電池汽車的售價(jià)和維護(hù)費(fèi)用要比電動(dòng)汽車貴。豐田Mirai、日產(chǎn)Leaf的售價(jià)要比特斯拉便宜不少，給燃料電池汽車補(bǔ)充的氫氣價(jià)格約為3美元（換算成每加侖汽油等效產(chǎn)品后）。經(jīng)估算，給一輛車加滿氫氣需要花約50美元。這意味著，一輛燃料電池汽車的維護(hù)成本是普銳斯混合動(dòng)力汽車的兩倍，是電動(dòng)汽車的四倍。的確，這一成本會(huì)隨時(shí)間推移降低，但電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車也一樣會(huì)逐漸降低。

4.制造和使用綠色氫氣的費(fèi)用更高。燃料電池汽車的主要問題是，制造驅(qū)動(dòng)它們的氫氣燃料要消耗比普通電動(dòng)汽車更多的能源。污染也是個(gè)很嚴(yán)重的問題。除了甲烷轉(zhuǎn)化，獲得綠色氫氣的唯一可行的方式是通過電解。但坦白講，這一過程中消耗的電可以更好地用在普通電動(dòng)汽車上。

發(fā)展瓶頸

1.氫氣的來源問題。氫氣不像氮?dú)夂脱鯕馐强諝庵械淖钪饕M成元素，想得到氫氣可以通過電解水，但這可是個(gè)不太經(jīng)濟(jì)的方法，能量損失極大。此法先從電解水開始，耗費(fèi)電能，產(chǎn)生氫氣，氫氣再發(fā)電過程中還會(huì)有能量損失。目前最好的電解水系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化率只有80%，并不怎么高效。

再來看甲烷轉(zhuǎn)化氫氣方面，蒸汽需要加熱到700-1000攝氏度，然后與甲烷結(jié)合生成氫氣和一氧化碳，以及少量二氧化碳，美國有95%的氫氣通過這種方法來制造。甲烷轉(zhuǎn)化雖然要更劃算，但卻會(huì)造成污染。有研究顯示，甲烷基礎(chǔ)設(shè)施的泄露情況比原先想象的還糟糕（最高達(dá)7%）。而作為溫室氣體，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的86倍。如果你想要一輛百分百環(huán)保的燃料電池汽車，就必須以不造成污染的方式來制造氫氣，這并不容易。

2.加氫站成本昂貴。電動(dòng)汽車已經(jīng)在道路上（家中）建立了充電基礎(chǔ)設(shè)施，但氫氣銷售點(diǎn)卻很少，相隔距離也很遠(yuǎn)。這是由于缺少需求，還有就是建造成本高昂。普通的電動(dòng)汽車充電站只需花費(fèi)數(shù)十萬美元來建造，即使是特斯拉的超級(jí)充電站建造成本也僅有30萬美元。但建造一個(gè)氫氣燃料站卻需要花費(fèi)100萬-200萬美元，因?yàn)樾枰鉀Q處理液態(tài)氫氣的問題。因此，美國現(xiàn)在也只有大約50個(gè)氫氣燃料站，其中22個(gè)位于加州。

3.金屬鉑稀缺。在氫燃料電池發(fā)電的過程中會(huì)用到金屬鉑作為催化劑。這種金屬就是鉑金戒指的鉑，產(chǎn)量小且價(jià)格昂貴。想要大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料電池，鉑就是瓶頸，而且完全沒有規(guī)模化后成本減少的效應(yīng)，反而需求越多就會(huì)越貴。

4.氫氣的安全性。有人說帶著氫氣瓶就像帶個(gè)氫彈，這在無形中造成了很多人對(duì)安全問題的擔(dān)憂。但實(shí)際上，氫比石油要安全得多。儲(chǔ)氫罐的密封較好，形成低溫高壓的空間，使其液化后能大量儲(chǔ)存。

至于泄漏之后的安全性，反而氫氣更安全。氫是最輕的氣體，擴(kuò)散性極強(qiáng)，它的擴(kuò)散系數(shù)比空氣大3.8倍，比汽油大7.5倍。泄漏之后會(huì)直線向上運(yùn)動(dòng)，即使形成火焰，那也是一維的火焰直線，指向天空；而油類燃料則是向四周蔓延，形成面的燃燒，反而更不安全。氫氣的比重低，易向上逃逸，所以少量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快被稀釋成安全的混合氣，這使得發(fā)生事故時(shí)影響范圍要小得多。

充滿期待的未來

盡管如此，氫燃料電池汽車也已經(jīng)量產(chǎn)，并已開始售賣。豐田氫燃料電池車Mirai在海外的起價(jià)為57500美元（約合人民幣35.7萬元），但是在聯(lián)邦和州政府刺激之下降至45000美元（約合人民幣27.9萬元）以下。在美國可以采用分期付款的形式每月499美元36個(gè)月付清。除此之外，豐田和本田還將向買家免費(fèi)提供三年氫氣。各大汽車公司還計(jì)劃逐步增加氫氣燃料站數(shù)目。

相對(duì)于環(huán)保省錢的電動(dòng)汽車，氫氣燃料電池汽車或許現(xiàn)在還無可比擬。但在消費(fèi)者的心中，實(shí)用也很重要的：燃料電池汽車加滿燃料的時(shí)間更短，行駛的距離更遠(yuǎn)。而且，氫氣燃料電池汽車還處于早期階段，充電式電動(dòng)汽車在10年前也存在許多看似無法克服的問題，而現(xiàn)在各國境內(nèi)都已經(jīng)有很多電動(dòng)汽車。所以，我們對(duì)氫燃料汽車的未來充滿信心。