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)然會產(chǎn)生污染，所以純電動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,、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能，確切地講應(yīng)該稱為氫發(fā)電裝置,。

燃料汽車VS電動汽車

1.燃料電池汽車相比電動汽車的主要優(yōu)勢就是方便,。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氣罐（70Mpa），而不是等上幾個(gè)小時(shí)來充滿電,。電動汽車要做到這一點(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)者也許會認(rèn)為燃料電池汽車要比電動汽車更實(shí)用,。

2.在性能和環(huán)保方面,，燃料電池汽車使用和電動汽車一樣的電動馬達(dá)，所以性能表現(xiàn)差不多,。但燃料電池會更適合皮卡和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力汽車的兩倍，是電動汽車的四倍,。的確,，這一成本會隨時(shí)間推移降低，但電動汽車和混合動力汽車也一樣會逐漸降低,。

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)動它們的氫氣燃料要消耗比普通電動汽車更多的能源,。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安全問題的擔(dān)憂,。但實(shí)際上，氫比石油要安全得多。儲氫罐的密封較好,，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。泄漏之后會直線向上運(yùn)動,，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。

相對于環(huán)保省錢的電動汽車,，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)有很多電動汽車。所以,，我們對氫燃料汽車的未來充滿信心,。