标题：燃料电池电动汽车
特点
1）能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达60～80%，为内燃机的2～3倍；
2）零排放，不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水；
3）氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。
发展20世纪60年代和70年代，美国首先将燃料电池用于航天，作为航天飞机的主要电源。此后，美国等西方各国将燃料电池的研究转向民用发电和作为汽车、潜艇等的动力源。世界各著名汽车公司相继投入较多的人力和物力，开展燃料电池电动汽车的开发研究。在北美，各大汽车公司加入了美国政府支持的国际燃料电池联盟，各公司分别承担相应的任务，生产以新的燃料电池作动力的汽车。美国通用汽车公司在美国能源部的资助下，推出了以质子交换膜燃料电池(PEMFC，也称为离子交换膜燃料电池或固体高聚合物电解质燃料电池)和蓄电池并用提供动力的轿车。美国福特汽车公司现已研制出从汽油中提取氢的新型燃料电池，其燃料效率比内燃机提高1倍，而产生的污染则只有内燃机的5%。估计在5年内可研制出使用该种动力系统的电动汽车，并有望于2005年投入商业化生产。
加拿大巴拉德(Ballard)汽车公司是PEMFC燃料电池技术领域中的世界先驱公司，自1983年以来，Ballard公司一直从事开发和制造燃料电池。1992年巴拉德公司在政府的支持下，为运输车研制了88kM的PEMFC动力系统，以PEMFC为动力做试验车进行演示。1993年巴拉德公司推出了世界上第一辆运用燃料电池的电动公共汽车样车，装备105kW级PEMFC燃料电池组，能载客20人，对于一般城市公共汽车，采用碳吸附系统储备气态H2即可连续运行480km。目前，Ballard燃料电池的体积功率已达到1kW/L的目标。
日本在日本燃料电池系统发展中丰田公司处于领先地位。丰田的目标是开发能量转换效率达到传统汽油机2.5倍的燃料电池，且能和现用的汽(柴)油汽车一样方便地添加燃料。日本还在1981年开发了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，随后又研制了磷酸燃料电池(PAFC)，1992年又开发了比功率高、工作温度低、结构紧凑和安全可靠的PEMFC。
欧洲
在欧洲燃料电池的开发中德国的西门子和意大利的De No公司处于领先水平。德国奔驰公司和西门子公司合作于1996年推出了装有PEMFC的NECARll小客车。
法国也开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车“Fever”，它以低温储存的氢和空气作燃料，发电功率达20kW，电压为90V，且采用先进的电子控制系统对电力系统进行控制，并把制动时产生的能量储存在蓄电池里，以备汽车起动或加速时使用。
英国能源部也于1992年成立了国家燃料电池开发中心。英国燃料电池技术的开发重点在燃料供应、重整炉、气体净化和空气压缩等方面。PEMFC的研究重点是改善催化材料的性能并探索铂(Pt)催化剂的涂覆方法，降低铂(Pt)含量，提高铂(Pt)利用率和耐受CO的允许值。
我国在燃料电池电动车领域的研究水平与发达国家相差无几，由清华大学和北京富源新技术开发总公司联合研制的我国第一辆质子交换膜燃料电池电动旅游观光车，展示了国内研制电动车的最新技术。有关专家指出，我国完全有能力在这一领域赶超世界先进水平。
目前，所有领先的汽车制造厂都在积极开发燃料电池发动机技术，并且许多国家在燃料电池的研究方面取得了可喜的成绩。如今，燃料电池的功率密度已超过1.1kW/L。同时，燃料电池还可用于固定式、便携式和船用动力等非运输车应用环境。这些开发项目所生成的协同作用将加快燃料电池在所有应用领域中的开发进程，并将大幅度降低燃料电池的生产成本。
燃料电池技术虽已取得快速发展，但要使其装载使用达到规模，仍有一些难题需要解决，例如氢的制取、储存及携带成本高、基础设施建设投资大等。当前研究和开发工作的重点是降低成本和开发大规模制造工艺。随着燃料电池的体积功率和质量功率的逐步提高，生产成本的不断降低，制造材料和工艺的进一步改进和完善，以燃料电池作动力的汽车将会得到广泛使用。
结构布置直接供氢的FCEV推广普及的关键是纯氢的供应和储存。为了保证直接供氢的FCEV用氢的需要，必须建造氢站，这就增大了直接供氢的FCEV商品化和推广普及的难度，因此，世界上各大汽车公司纷纷推出了通过燃料重整反应制取氢气的技术，可使用多种碳氢燃料，包括醇类燃料、天然气等。目前，通过重整反应利用甲醇制取氢气的技术已十分成熟，甲醇为液体燃料，携带方便，提高了燃料电池电动汽车的续驶里程，且燃料能量的利用率可达70%-90%，大大高于热力发动机的效率。
燃料电池电动汽车的关键技术
1）燃料电池系统燃料电池技术是燃料电池电动汽车最关键的技术之一。燃料电池电堆的净输出功率、耐久性、低温起动性及成本等。直接影响燃料电池电动汽车的性能和发展。目前，降低燃料电池成本是燃料电池电动汽车的研究的最重要目标，而控制燃料电池成本最有效的手段则是减少燃料电池材料的成本，降低加工费用。在降低燃料电池成本的同时，进一步提高燃料电池的性能，是目前燃料电池电动汽车技术研究的重点。此外，燃料电池系统也还有西多需要攻克的工程技术难题，例如：系统的起动与关闭时间、系统的能量管理与变换操作、电堆水热管理模式以及低成本高性能的辅助装置。起动与关闭时间、系统的能量管理与变换操作、电堆水热管理模式以及低成本高性能的辅助装置。 
2）电动机及其控制技术电动机用于产生驱动车轮的电磁转矩，其性能对燃料电池电动汽车的动力性和经济性影响极大。与工业用电动机相比，燃料电池电动汽车用驱动电动机在最大功率、最高转矩、工作效率、调整性能等方面均有较高的要求。目前，燃料电池电动汽车上使用较多的主要是永磁无刷直流电动机、交流异步电动机、交流同步电动机及开关磁阻电动机等。研究与开发出功率更大、更加高效且体积小、质量轻的电动机，并配以更加先进可靠的电动机控制技术，也是燃料电池电动汽车发展所需解决的关键技术之一。
燃料电池电动汽车的优点
燃料电池的优点是： 
能量转化效率高
燃料电池的能量转换效率可高达60-80%，为内燃机的2-3倍。
不污染环境
燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生C O和 C O2，也没有硫和微粒排出，没有高温反应，也不产生 N OX。如果使用车载的甲醇重整催化器供给氢气，仅会产生微量的 C O和较少的 C O2。
寿命长
燃料电池本身工作没有噪声，没有运动性，没有振动，其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道，本身不参与化学反应，没有损耗，寿命长。
经90年代的研究，燃料电池在汽车上的应用已取得重大进展质子交换膜电池（简称 P EM燃料电池）功率密度已大大提高。1990年时每公升体积可产生140W电力，1995年提高至1000W。每公斤重量也从100多瓦提高到几百瓦最高可达700W。2001年每公斤体积已提高到2200W。质子交换膜的价格下降到540美元/ cm2，工作寿命可长达57000h。质子交换膜燃 料电池工作温度为80℃。用于催化的铂的用 量大大下降，过去用量是5mg /cm2，一辆汽车 燃料电池光铂就要3万美元，比整个汽车还贵现在已下降到0．4mg /cm2，近日报道已有 做到0．25mg/cm2，甚至0．10mg/cm2。燃料电池的核心部件反应堆的能量转换效率，加拿大巴拉德公司已达到总速时为60%，满负荷时为40%。德国在额定负荷时为59%，20%额定负荷时为69%。各种供给氢气的方法：高压储氢瓶、液化氢储存器、金属储氢技术都有明显进步，从甲醇和汽油经重整器获得高密度氢气的技术有很大进步，为利用现有加油站"加油"而保持汽车长距离行驶提供可能，尤其是从甲醇获取氢得到更多的重视，因为它的重整工作温度较低，耗能较少，伴生的 C O等副产品较少。 P EM燃料电池要在性能及价格方面达到与内燃机汽车有竞争力的水平还有大量的工作要做，特别是价格方面，20世纪80年代时燃料电池每千瓦功率的价格为1500-2000美元，预计本世纪末可达到500-600美元，也就是说一辆功率为50kw的汽车，光燃料电池的价格仍需25000-3000美元，为了降低价格，正在大力研究新材料（如新的质子交换膜，新的催化材料及技术等）、新结构、新工艺和新技术。2000年巴拉德公司开发出最新一代燃料电池 MK900，2001年MK902，并已建成年产1万个电池的生产线。
燃料电池电动汽车前景
1、基本情况及重大意义如前所述，尽管蓄电池式电动汽车已获巨大进步并将继续得到改进和完善，但距离能普遍为广大用户所接受的程度还有很大的差距。20世纪90年代后期以来，世界石油市场动荡不定，价格波动大，这给人们为寻求汽车新能源增添了更多的危机感和紧迫感，加之世界环保形势日趋严峻，从总的趋势看，对汽车排放的限制将愈来愈严。为从根本上解决这两个难题，人们开始跳出传统思维的框框，把眼光转向技术上更有发展前景的燃料电池式电动汽车。如果说最近几年在世界范围内蓄电池式电动汽车发展保持稳定状态的话，那么燃料电池汽车技术的研发则不断升温(有关媒体也大力宣传)，正在成为世界各主要发达国家和汽车厂商在21世纪重大技术领域进行竞争的焦点之一。
从汽车的动力源上看，燃料电池电动汽车与普通的蓄电池电动汽车是一样的，均由电动机驱动，直接供给的动能也是电能。但若从是电动机获取电能的途径上观察，则燃料电池汽车与普通电动汽车有着很大的不同，即其电池所产生的电能是靠外界不断供给氢(气)而与(空气中的)氧发生化学反应的过程(实质是电解水生成氢和氧的逆反应而产生电)，在这里，氢实质上很像一种燃料，电池也不是普通意义上的电池，从功能上讲，相当于一台(气体)发电机，它不能像普通电动汽车的蓄电池那样进行反复充电使用(不能存储电能)。因此，从此角度看，燃料电池的叫法并不确切(此外，氢燃料也并未燃烧)。本质而论，燃料电池汽车是一种氢能汽车。
如此看来，燃料电池电动汽车的工作原理就决定了其具有两个最大的优势(点)：一是动力系统(电池)工作时，不排放对环境有害的物质，只有水(蒸汽)，汽车可真正实现零排放；二是汽车的燃料来源更多更广，可从根本上消除汽车能源短缺(甚至枯竭)之忧。关于第二个优势，以下再稍加阐述。由于燃料电池使用的直接(或曰最终)燃料是氢，而获取氢的途径又是多种多样的，所以，从理论上讲，地球上的氢能是取之不尽、用之不竭的。从近期和
中期看，用于燃料电池的氢从富含氢的石化燃料(亦可称之为燃料电池的间接燃料)制取在技术上比较可行，成本较低，例如可从天然气、甲醇、汽油里制取。对于我国而言，利用甲醇制氢更符合国情和具有战略意义，因为我国少石油而富煤，储藏量占全球的十分之一，可保证使用百年。从长远或更遥远看，可从水里提取氢（例如通过太阳光分解水而获得）和生物制氢（如通过太阳光分解水而获得）。众所周知，水和生物（这里不仅指植物，还包括一些具有相似功能的微生物）是自然界最常见、最多的，一旦技术上取得突破，成本就可下降来而达到实用化。
燃料电池技术不仅可以从根本上应对人类面临的环保和能源两大严峻挑战，而且也将引发一场真正意义上的汽车技术革命。采用燃料电池作为汽车的动力源（系统）之后，不单单汽车结构会发生重大变化，主机厂的核心技术--发动机和变速器（这对于轿车制造厂尤为重要）也将失去意义，而且原有的横向配套体系也随之改变，汽车产业的固有格局将被打破，化学工业在汽车制造中将扮演重要角色，由于燃料电池车上需要更多的电子设备，对硬件和软件的需求增加，科技含量更高，知识密集度也更高。正是基于这一认识，许多汽车厂家才在当前（一个较长的时期内）毫无盈利希望和回报的情况下而投巨资研发燃料电池汽车的，对其而言，能否大规模销售和进入市场是下一步的事，掌握燃料电池电动汽车的关键核心技术）才是最紧要的，在此方面，绝不能受制于人，否则会丧失未来的生存和发展权。 
2、发展进程及市场前景展望迄今为止，国内外各研究机构及有关人士对燃料电池电动汽车的发展及市场前景的认识和态度归纳起来大致可分为两种，即比较乐观或积极的和较为保守或不以为然的。多数专业人士认为，燃料电池汽车技术属于21世纪的重大尖端技术，其市场前景在很大程度上将取决于自身的成熟程度和世界环保、能源形势的走向。仅从市场和用户的角度看，阻碍燃料电池车发展和普及的主要因素是销售价格和有关的基础设施完备与否。据预测，在今后十年之内，燃料电池车的售价仍至少要比传统汽车贵30%，价格过高，将严重影响用户的购车热情。例如大众推出的超省能车-“3L”Lupo牌轿车，就其各方面性能而言，不可谓不超群，但是，因价格贵使销路欠佳，远未达到预期目标。要使用户觉得使用燃料电池与使用传统汽车差不多一样方便快捷，加氢或加注间接燃料的设备是必不可少的。
基于上述理由，大致作出这样的判断，即在中长期内（比如10~15年），燃料电池车将首先出现在环保法规比较严格的经济发达、人口密集的国家和地区，即主要是美国、日本和西欧。美国人口密度高而环保法规又十分严格的州及城市有加利福尼亚州、康涅狄格州、佛罗里达州、马里兰州、马萨诸塞州、新罕布什州、新泽西州以及纽约和华盛顿两个市。日本的人口密集程度高在世界上是不言而喻的。在西欧地区，燃料电池车的使用将主要集中在大城市，尤其是环保法规更为严格的中、北欧。在更长远一些时期(例如20-25年)，三大地区与国家之外的国家和地区也将逐渐普及燃料电池汽车(例如中国的特大城市、东南亚、东欧地区等)。表1是德国一家高新技术市场研究机构对燃料电池电动汽车在2005～2020年发展进程及市场表现的一般研究预测结果。图1所示，是该机构对燃料电池电动汽车在2005-2025年四个阶段的市场成长曲线。若粗略观察，则亦可将此过程划分为以下三个阶段，即技术攻关和市场孕育阶段、优势凸现阶段和市场快速扩张阶段。
技术攻关和市场孕育需要走一段较长的路，大约10年或更长一些时间。在此时期，多数投入使用的燃料电池车携带的燃料仍然不是氢而是需要通过车载装置（设备）进行重整的间接燃料（例如汽油、甲醇等）。当前，这样的重整器还处于技术攻关和试验阶段，在对间接燃料进行重整和处理时，还会产生少量的CO2排放物，因此，这一缺陷在某种情况下抵消了燃料电池车的部分环保优越性。在此进程中，市场上先进的内燃机汽车和混合动力汽车是燃料电池车的有力竞争者，后者尚未发挥其全部潜能和表现出能对市场产生决定性影响的优点来，总之，还显得很柔弱（嫩），因此，不能撼动传统汽车的市场地位。由于市场进入代价高，导致燃料电池车的售价要比传统汽车高很多，加之相应的基础设施不健全，用户也没有使用这种汽车的经验，所以，市场需求微弱(当然，也有一些对燃料电池车持乐观态度的预测，认为在2011年这类车的总产量即可达到240万辆，占世界汽车总产量4.3%，在美国，燃料电池车的市场份额将达到4%，日本达到4.5%，西欧达到3.7%)。同一时期，对汽车作出零排放限制的地区，混合动力汽车和氢发动机汽车将有较大发展。
表1 2005～2020年世界燃料电动汽车发展进程及市场环境一览
第一阶段
2005~2010第二阶段
2010~2015第三阶段
2015~2020首个批量生产的燃料
电池电动汽车问世售价高（比传统汽车的售价高约20%）售价虽然仍比传统汽车高约10%，但由于无需交纳CO2排放税而在很大程度上得到补偿和平衡汽车厂家为宣传推广燃料电池车需要较大的投资基础设施不完备，加气（氢或甲醇等）站少，售后服务措施跟不上基础设施已比较完备售价高（比传统汽车贵约30%）由于是零排放汽车，在人口密集地区有一定的私人要求“间接燃料”重整技术（即制氢技术和储氢技术）问题得到解决用户日常使用感到不方便（不便利），基础设计几乎是空白，加气（氢、甲醇等）站极少，售后服务跟不上传统汽车、混合动力汽车仍是其强有力竞争者，“间接燃料”重整技术有突破，但尚未完全解决由于实施了CO2排放税而推动了燃料电池车的推广和使用进程几乎没有私人用户需求私人需求缓慢增长私人需求呈跳跃式快速增长燃料电池大客车（公共汽车）在人口密集地区进行较大规模的应用试验燃料电池大客车（公共汽车）在人口密集地区成为主要的客运工具市场上新添置的大客车（公共汽车）100%是燃料电池车，车队（运输公司即公交公司）50%的车辆是燃料电池车3、研发动向①世界一般情况 21世纪60-70年代，美国率先将燃料电池用作航天飞机的主要电源，后来，该国及其他主要工业发达国家又将此技术的研发转向民用发电和用作汽车、潜艇等的动力源。从80年代后期和90年代起，一些极具创新活力和高科技风险(投资)企业及世界著名大型汽车公司开始系统地、前瞻性地研发燃料电池电动汽车技术。1993年，加拿大著名的电池公司--巴拉德动力系统公司研制出世界首辆燃料电池公共汽车。一年后，德国奔驰公司以其厢式车为基础开发出燃料电池样车。今日，甚至可以说，几乎所有的世界著名汽车公司均在有计划、有目的地实施各自燃料电池电动汽车研发计划。据称，至2005年，戴姆勒/克莱斯勒(D/C)、福特、通用和丰田等汽车公司用于燃料电池车的研发经费预算均分别达到20亿美元左右，日产/雷诺的投资额约为10亿美元。这些公司的目标也基本相同，就是在2005年前后，以一定的批量生产燃料电池车，并以普通的交易方式投放市场。为适应这一形势和尽占市场先机，巴拉德公司2000年底宣布，其燃料电池技术已走出实验室，将建立世界首座名符其实的以工业化方式作业的燃料电池工厂。这也从另一个侧面说明了燃料电池市场需求的快速增长和燃料电池车应用试验业务量的扩大。
由于燃料电池电动汽车技术研发费用高、难度大、涉及范围广泛、风险大，仅靠一家之力很难较快地取得满意成果和获得突破，因此，近期出现了跨国、跨地域、跨行业的企业集团之间进行联合研发的局面，各大公司既竞争、又在一定程度上合作。为推动燃料电池的技术进步和更快应用于汽车，巴拉德公司先后与D/C和福特公司建立了资本联盟关系，现在，三家构成一个研发联盟，投资高达数十亿美元，采用从甲醇里制取氢的技术方案。2000年12月，丰田、通用和埃克森石油公司宣布，三家将共同开发新一代燃料电池车，选用以汽油为间接燃料制氢的技术方案。丰田早已与通用公司建立了合作开发燃料电池车的联系，其间遇到了仅靠汽车企业而难以解决的技术难题--重整汽油时硫含量高的障碍。埃克森公司加入其中，可利用其先进的燃料技术而加速研发进程。此外，在未来燃料电池车大规模上市时，该石油公司遍布各地的加油站可为用户提供相应的服务，使之平稳而方便地由使用传统汽车过渡到使用燃料电池车，这无疑会增强丰田、通用品牌汽车的市场吸引力。大众、PSA与意大利燃料电池公司德诺拉(DeNora)进行合作，但具体的计划尚未公布。2000年5月，雷诺、BMW和德尔福(汽车零部件集团)就进一步共同开发作为轿车和载货汽车辅助能源的燃料电池技术签署了一项文件。据称，该项技术的开发成功，将使雷诺、BMW品牌汽车增添更多电子、电气方面的特色，使汽车性能更好，排放更低。