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燃料电池技术推动汽车未来发展

http://www.sina.com.cn 2004年10月10日 15:19 新浪汽车

　　早在上个世纪六十年代，燃料电池技术就在人类登月计划中扮演过重要的角色。除了在人类宇航探索中做出杰出贡献外，燃料电池技术将越来越多地走进我们的生活，发挥其重要的作用。

　　在不远的将来，燃料电池将有望为汽车、家庭和办公室提供所需的电能。它比石油燃料更为高效，对环境的污染也大大减少。

　　燃料电池是一套电化学设备，它将氢和氧化合，把化学能转化为电能，同时产生水。由于燃料电池没有普通发动机的燃烧过程，不产生对环境的污染，因此它是一种清洁、可靠的能源。

　　在燃料电池工作时，燃料电池的阳极是位于质子交换膜有氢一侧的电极。在阳极上，氢气被分解成带正电的质子和带负电的电子。质子通过很薄的质子交换膜到达阴极，电子在外部电路的移动产生电能。在被称作阴极的空气电极中，质子与空气和电子的结合形成唯一的产物――水。燃料电池需要的氧广泛地存在于空气之中；而氢，作为世界上存量最丰富物质，可以利用太阳能、风能等可再生能源，以及从石油、生物物质和天然气中获取。

　　燃料电池使用的氢为液态或气态。为燃料电池供氢可有两种方式：一种是通过使用重整器，从诸如汽油之类的碳氢燃料中重整制取高质量的氢，再提供给燃料电池组使用；另一种是把氢储存在汽车上直接供燃料电池使用。

　　在为车辆提供动力时，燃料电池通常被串联在一起提供电能。串联在一起的燃料电池越多，输出的电能就越强。在设计燃料电池组时，至关重要的问题是减少燃料电池堆的尺寸和重量，同时改善其性能。燃料电池堆尺寸减小后，可以节省更多的空间，这一点在小型车中显得尤为重要；燃料电池堆输出性能的提高则有助于其驱动更大型的汽车。

　　要使燃料电池技术走入寻常百姓的生活，目前仍有许多技术问题需要解决，包括：在向氢能源经济转化过程中人们能源使用习惯的改变、氢的储存、燃料电池的成本和氢基础设施的建设等。其中最亟待解决的问题是氢基础设施的建设，而这需要政府、能源公司和汽车公司等多方面的努力。通用汽车公司正积极与各方协商，研发相关技术，推动人们早日进入“氢经济”的时代。

　　通用汽车燃料电池技术大事记

　　1964年进行第一个燃料电池实验。

　　1968年生产出第一辆可使用的燃料电池车。

　　1997年3月在日内瓦国际汽车展上推出欧宝实验燃料电池车。

　　1998年9月在巴黎汽车展上推出第一辆可行驶的燃料电池概念车“氢动一号”。

　　2000年1月在美国密歇根州底特律的北美国际汽车展上，推出燃料电池电动车。(设计油耗相当于每百公里2.18升)

　　2000年3月在日内瓦的国际汽车展上推出氢动一号，该车配备了业界最先进的可使用汽车燃料电池组。

　　2000年11月在中国燃料电池技术研讨会上展示了氢动一号。(相对1999年推出的同种车型而言，其从静止状态至最大功率的时间加快了近12倍。)

　　2001年8月推出雪佛兰S10皮卡展示车，以通用汽车的电池组2000为特征。(电池组2000可发电，相对2001年5月在Mesa用于持久性实验的Stack而言，功率密度已提高25%。)

　　2001年8月在密歇根大学特拉弗斯城校区举办的汽车管理研讨会上，展出可用于住宅和企业的固定式燃料电池车发电机。

　　2001年10月在东京汽车展上，举办通用汽车燃料电池技术研讨会。同时推出氢动三号燃料电池车。

　　2002年1月推出“自主魔力”概念车。该车是首款围绕燃料电池推进系统全新设计的燃料电池概念车，同时也是第一辆将燃料电池与线控技术结合在一起的概念车。

　　2002年3月在日内瓦汽车展上展示“自主魔力”概念车。

　　2002年4月在北京举办的地球日展览上展出了由通用汽车公司合资企业泛亚汽车技术中心有限公司与上海汽车工业总公司联合开发的凤凰燃料电池车。美国商务部长Donald Evans参观了该展览。

　　2002年4月展示雪佛兰S-10汽油燃料电池车，这是世界上首辆可驾驶的燃料电池车，该车从汽油中提取氢气来发电。

　　2002年8月 Hy-wire——世界首款可驾驶的采用线控技术的氢燃料电池概念车“氢动三号”，在加州圣巴巴拉的通用汽车产品研讨会上首次公开亮相。

　　2002年9月在巴黎汽车展上推出Hy-wire。

　　2003年2月宣布成功完成世界首个10,000 PSI(700 巴)贮氢系统的汽车测试。与等体积的5,000 PSI系统相比，新型20,000 PSI贮气箱技术将氢动三号燃料电池车的行驶里程提升了60-70%。

　　2003年3月在华盛顿特区演示氢燃料电池车和燃料供应基础设施技术。演示中，在壳牌的加油站安装了美国首个加氢泵，为通用汽车公司的燃料电池车队提供支持。

　　2003年5月通用汽车在华盛顿推出以氢为能源的汽车车队，并邀请国会议员试乘试驾氢动三号原型车。

　　2003年8月通用汽车展示轮毂电机技术。这种新技术能在混合动力和燃料电池车起动时，提升大于60%的扭力。

　　附：燃料电池术语表

阳极	带负电的电极，在燃料电池中位于氢气一侧。
生物量	像植物、木材等的有机物。
热值	它是一种燃料所含能量的指标。
二氧化碳	化学式CO₂；含碳物质的燃烧产物之一，被称作“温室气体”。
一氧化碳	化学式CO；有毒气体，由于含碳物的不完全燃烧而产生。
催化剂	加速化学反应的物质，而其本身并不改变或消耗。
催化燃烧	在催化剂作用下一种受控的低温氧化反应。
阴极	带正电的电极，在燃料电池中位于氧气一侧。
冷燃烧	燃料电池中的一种电化学反应，反应温度低（PEMFC的反应温度是80摄氏度）。
变流器	将燃料电池产生的直流电转换成三相交流电的电气设备。
生物发电	利用生物能，以燃料电池方式产生电能。
电解	燃料电池反应的逆反应，在该反应中，电流将液体化合物分解（例如水被分解为氢和氧）。
电解质/液	离子可以在其中运动的一种介质，在PEMFC燃料电池中，它是质子可以通过的多聚合物膜。
载能体	带有能量的气态、液态或固态的介质。
蒸发损失	当液体吸收热量后蒸发掉的气体。对于一个液氢储罐而言，如果燃料储放在适当的受控压力下，每天蒸发量能限制在总体积的1－3%。
燃料电池	一种电化学能量转化装置，它通过氢气与氧气的受控反应产生电能和热，同时生成水。反应过程中无火焰，因此被称为“冷燃烧”。
氢	化学式为H；元素周期表中最小和最轻的元素，地球上含量最多的元素，几乎都是以与其他元素的化合态存在（如水）。
液化气储存	以液冷方式存放气体的方法，存放温度非常低。对于氢气而言，在零下253摄氏度开始变为液态。可形成高的能量密度。
氢化物金属储存	氢可以存放在由压缩的金属粉末构成的合金中，体密度很高，而且非常安全。目前的缺点是重量太大，开发工作仍处于初步阶段。
甲醇	目前主要是通过天然气制备。含氢量高，含碳量低。
兆帕	压强单位：一兆帕等于10巴。
纳米储存	一种氢储技术，它使用直径只有10^-9米(1纳米)的管状碳纤维存放氢，高压、高温，可以获得高功率密度。
氧化	物质与氧结合的化学反应。
功率密度	衡量燃料电池组性能的指标，将功率输出与电池组体积（千瓦/升）或重量（千瓦/千克）相关联得到。
压缩气储存	在高压下存放气态氢的方法，也被称为CGH₂(压缩气态氢)或CH₂。
质子	带正电的氢原子。
重整器、重整反应	也被称为气态重整，以汽油或其他物质为原料，在重整器内变为合成气后获取氢的催化反应。
再生能源	直接从自然界获得的能量，像太阳能、水能或风能。
燃料电池组	一组燃料电池根据输出范围串联起来组成。
二氧化硫	化学式SO₂；当燃烧硫时产生。
合成燃料	通过天然气生成，像改进汽油一样适用于燃料电池车重整制氢反应。一些合成燃料同样可作为清洁型柴油发动机的燃料。