美国电动汽车专家威克费尔德博士曾经说过：“在人类历史长河中，几乎没有任何从前存在过的东西能够原封不动地重新复活。例如：我们不能再看到横渡大西洋的大型货轮，不能看到蒸汽机车重新在广阔的原野上奔驰，不能看到飞艇点缀天空，也不能使马车重新恢复生机。这些曾经在历史舞台上担当主角的事物，会象毛里塔利亚的渡渡鸟一样永远消失。然而，我们几乎可以肯定地说：我们都目睹着电动汽车慢慢恢复生机。电动汽车会象古老传说中的不死鸟那样，在沉寂了四十年以后重返历史舞台。”

　　2000年10月，当通用公司在北京展示其“氢动一号”燃料电池汽车时，我们感悟到，也许燃料电池将主宰未来汽车的发展。

　　电池动力车辆——人类不懈追求的理想之车

　　为了替代马车，人类尝试了各种各样的能源——蒸汽、汽油、电池。这三种汽车曾经有过一个鼎立世界的时期，有过各自的辉煌。动力三杰中，蒸汽车诞生最早(1769年)，其次是电动车(1881年)，汽油车1886年才问世，直到20世纪初以后开始雄霸世界。

　　蒸汽车和电池车的失败和汽油车的成功都是因为一个原因：燃料的能量密度和一定量燃料可以达到的续驶里程。20世纪初，充满电的电动汽车一口气可以跑25英里，而加足汽油的汽车能够开到200英里以外。加一箱油至需要5分钟，而充一次电需要5个小时。威克费尔德博士说，“不幸的是，这种状况1900年如此，到了20世纪末还是如此。”

　　汽油车改变了世界，改变了人们的生活，但是也给人类带来无穷的烦恼。1897年，底特律的汽车发明家巴顿·贝克就指出：“汽车有一个巨大的障碍需要克服，那就是汽油燃烧后放出一种难闻的气味。不难看出，如果大量的汽车在接到上行驶，一定会通过法令来加以禁止。”60多年后，落杉矶光化学烟雾事件才使人想起贝克的预言，并真的制定了限制汽车排放的法规。汽车的污染，成为人类的梦魇。

　　一个多世纪以来，电动汽车始终诱惑着人类，科学家们一直没有放弃对电动汽车的探索。

　　燃料电池——电动汽车发展的希望所在

　　尽管从环保方面来说，电动汽车是极其理想的交通工具，但是由于电池的问题使得电动汽车的发展步履蹒跚。

　　90年代初，美国三大汽车公司为了满足加州关于“零排放”汽车的要求，推出了第一批商业化的电动汽车，包括通用公司的“大冲击”。这些产品的销售非常不理想：价格昂贵，使用不便，电动汽车尚不具备与汽油车一决雌雄的实力。要想电动汽车成为现实，关键在于电池必须满足以下四个条件：比能量(单位重量或体积提供的能量)高，使用寿命长，比功率(单位重量或体积提供的功率)大，成本低廉。人类探索过许多种蓄电池，包括最古老的铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、钠硫电池、锌空电池、锂电池等，这些电池没有一种能够同时满足以上四个条件，有的还存在可靠性差、重金属污染、危险性较大等问题，到最近，一些公司开发的电动汽车，仍然不得不采用性能不那么先进，但是技术成熟的铅酸电池。

　　“氢动一号”来了，为我们带来了新的希望。“氢动一号”采用由液态氢驱动的燃料电池组作为动力系统，燃料电池组由200个单体组成，总体积相当与一台普通汽油机，可以产生80千瓦—120千瓦的电流。这辆5座，重量为1575公斤的汽车动力性与汽油车相当,从零加速到100公里只需要16秒,燃料电池实际上是一种发电机，它是通过电极反应将燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置。燃料电池可以采用多种液体和气体燃料，如氢、甲醇、乙醇、天然气、氨、煤气等。燃料电池同普通电池不同的是不存在能量限制和自放电问题，原则上只要不断供应燃料就可以连续稳定发电。

　　燃料电池的核心是燃料电极(阳极)和氧电极(阴极)以及电解质。氢气一包围阳极，催化剂就使电子产生，带正电的质子通过电解质到达阴极，在两个电极之间产生0.7伏的压差。在阴极，带正电的氢离子和带负电的氧离子结合，生成水。这一过程中，没有其它排放物产生。

　　几十年来，燃料电池一直是昂贵而神秘的东西，它最先应用在太空飞船上，因为在那里成本是第二位的事情，有的潜艇上也使用燃料电池。60年代末，贝尔试验室曾经讨论过燃料电池在汽车上的应用问题，结论是燃料电池对汽车来说太昂贵了。但是随着科学技术的发展和燃料电池逐步走向商业化，燃料电池的应用越来越广泛，美国和日本建立了燃料电池试验发电站，一些国家开始用燃料电池为家庭提供电力和供暖，有的企业开发出能为笔记本电脑和手机长时间供电的燃料电池。

　　加拿大巴拉德高科技公司是全球最早试制燃料电池公共汽车的厂家，90年代，汽车业巨头们对各种电池已经失去了信心，开始把目光转向燃料电池，试制出一批燃料电池汽车。大的汽车公司与燃料电池生产企业采取合作的方式公关，声称在21世纪最初的几年燃料电池汽车将会商业化。

　　燃料电池按工作温度可以分为低温型(低于200度)、中温型(200—750度)、高温型(750度以上)。按电解质不同分为碱性(AFC)、磷酸(PAFC)、融熔碳酸盐(MEFC)、固体氧化物(SOFC)、质子交换膜(PEMFC)等5种。汽车业看好的是质子交换膜电解质燃料电池，其比功率高达每公斤340—1500瓦。在这种燃料电池中，一层只有几十分之一毫米厚的聚合物塑料膜作为电解质。PEMFC采用“冷燃烧”方式，反应温度只有80度，容易控制。

　　近年来，燃料电池技术发展很快，通用公司公布的资料显示，1997年，燃料电池的每公斤0.16千瓦,今天已经达到每公斤0.47千瓦,而按体积计算的功率输出提高了3倍多,有可能在不远的将来达到每升体积输出2.0千瓦功率,每千瓦动力输出的成本可能控制在20—25美元。

　　燃料氢——燃料电池头痛的问题

　　氢是地球上存量极大的能源，并可以再生，因此被科学家看好。但是氢的生产和储存成为新的课题。

　　氢可以采用多种方式生产。水电解的方式非常简单，在小学自然课上就有这个试验，电解方式同时生产氢和氧，没有其它伴生物，也就是没有任何污染。但是大规模生产存在能耗高的问题，如果采用风力、太阳能等低成本发电方式，也许水电解方式就吸引人了。

　　从天然气中可以获得氢，在一些炼油厂已经采用这种方式大量生产氢，但是从天然气中提炼氢会产生二氧化碳，捕获碳的技术正在开发中。但是科学家认为，在工厂集中去除碳要比在数百万辆车上进行简单得多。

　　从汽油或甲醇中也可以获得氢，但是也存在产生二氧化碳的问题，甲醇还具有腐蚀性，并有较强的毒性。

　　氢的储存方式也有多种。氢的密度很低，只有天然气的八分之一，因此储存体积很大，直接装车使用是不可行的。“氢动一号”采用的是氢液化方式。高科技的燃料罐为双层不锈钢结构，两层罐体之间抽真空，并有铝箔热辐射反射层。液氢为摄氏零下253度，比液化天然气的温度要低100摄氏度。该燃料罐装有75升液态氢，可以供汽车行驶400公里。

　　液态氢存储方式无法避免燃料的蒸发(每天大约损失1—3%)，在行驶时，蒸发的氢可以送进燃料电池燃烧掉，而在车辆长时间停放时，蒸发的氢就会浪费。专家正在研究这部分氢的利用方法，如为车载电池充电。当然，应该提到的是：液化氢成本很高。

　　氢储存的另外一个办法是氢化物金属。氢可以存放在合金的原子空隙中，需要的时候将其释放出来。这一技术具有结构简单、高比体积储存、安全等优点，但是金属的重量是无法忽视的问题，与所储存的氢相比，容器的重量太大了。专家们把希望寄托在神奇的纳米技术身上，计划把氢储存在纳米管中。现在虽然纳米技术被媒体爆炒，但是科学家告诫公众，纳米技术离实用化还有一段不短的距离。

　　即使氢储存技术得到较好的解决，氢燃料的社会化供应体系仍然是一个需要解决的问题。

　　汽油重整——现实的选择

　　理想是不灭的火炬，而氢燃料电池汽车眼下需要现实的选择，以尽快走向市场。人们普遍看好的一个过渡方案是燃料重整。重整实际是从一些燃料中获取氢的过程，由于它可以在车上进行，为氢燃料电池汽车提供能源。

　　天然气是可以重整的燃料之一，但是天然气重整比较麻烦，而且天然气储存需要高压罐，体积大。甲醇重整涉及现有加油站系统的改造，由于甲醇具有腐蚀性，许多设施要重新装备，另外甲醇的生产成本也比汽油高。

　　汽油重整可以利用现有的加油站体系，无需进行复杂的改造，汽油的能量要比天然气和甲醇高。与现有的内燃机比，汽油重整没有氮氧化物、二氧化硫和微粒，产生的二氧化碳也要少得多。当然汽油重整也有一些问题，如工作温度很高，对汽油含硫量也有较高的要求。无论如何，终归是向未来的目标迈出了一大步。

　　中国科技部的领导在“氢动一号”展示会上指出：“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。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，将是我们对全人类的贡献。”(贾新光)