燃料電池汽車的工作原理

燃料電池汽車（FCV）是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動(dòng)力的汽車，可以減少對(duì)外國(guó)石油的依賴，降低有害氣體的排放。燃料電池汽車使用氫氣而非汽油，不會(huì)排放有害氣體。這項(xiàng)技術(shù)的潛力非常巨大，但仍有一些技術(shù)挑戰(zhàn)有待克服。

1、電力控制單位--管理電流。

2、電動(dòng)機(jī)--與內(nèi)燃機(jī)相比驅(qū)動(dòng)車輛更為安靜、順滑和高效，更少需要保養(yǎng)維護(hù)。

3、電池組--讓氫氣與氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流。

4、高輸出電池--回吸引剎車產(chǎn)生的電力并對(duì)電動(dòng)機(jī)提供補(bǔ)充電力。

5、氫氣儲(chǔ)存罐--以極高的壓力儲(chǔ)存氫氣。

收益

更少的溫室氣體排放

汽油車和柴油車要排放溫室氣體，主要是二氧化碳，可以導(dǎo)致全球氣候變化。而燃料電池汽車使用純氫，排放出來(lái)的只有水和熱量，不產(chǎn)生溫室氣體。

雖然工廠生產(chǎn)氫氣也會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，但相比之下，產(chǎn)生的溫室氣體量要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車的排放量。

減少石油依賴

因?yàn)槭褂脷錃?，可以減少對(duì)海內(nèi)外石油、煤炭和天然氣的依賴，而生產(chǎn)氫氣只需一些可再生資源，如水、沼氣和農(nóng)業(yè)廢棄物等。這將使國(guó)家減少對(duì)石油的依賴度，不易受多變的石油價(jià)格的沖擊。

減少空氣污染物

公路汽車對(duì)空氣污染產(chǎn)生巨大的影響，而燃料電池汽車不產(chǎn)生煙霧和有害顆粒。如果氫氣是從礦物燃料中提取的，也會(huì)產(chǎn)生一些污染，但遠(yuǎn)低于常規(guī)汽車尾氣的污染。

挑戰(zhàn)

目前可供選擇的車型還不多，加氫站還不普遍，現(xiàn)在主要是在美國(guó)加州在進(jìn)行推廣。燃料電池汽車的推廣任重道遠(yuǎn)。

車輛成本

目前燃料電池汽車要比傳統(tǒng)汽車和混合動(dòng)力汽車更加昂貴，但價(jià)格已經(jīng)在逐年下降，美國(guó)能源部到2017年的目標(biāo)是30美元/千瓦。制造商應(yīng)該不斷降低成本，特別是燃料電池和氫儲(chǔ)存的價(jià)格，以便與傳統(tǒng)汽車更好地競(jìng)爭(zhēng)。

加氫站

目前氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸和加氫站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還非常薄弱，尚不足以支撐燃料電池汽車的大規(guī)模使用。

美國(guó)能源部與其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)聯(lián)合學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、汽車制造商研究部署氫基礎(chǔ)設(shè)施的解決方案。預(yù)計(jì)到2015年底，加利福尼亞將有50多個(gè)加氫站對(duì)外開(kāi)放。

燃料電池的耐久性和可靠性

目前燃料電池系統(tǒng)沒(méi)有內(nèi)燃機(jī)耐用，特別是在某些極端溫度和濕度下。目前燃料電池的耐久性只有商業(yè)化目標(biāo)的一半。過(guò)去數(shù)年，燃料電池汽車的耐久性已經(jīng)大幅度提高，從原來(lái)的3.2萬(wàn)公里上升到12萬(wàn)公里，但專家們認(rèn)為必須要達(dá)到24萬(wàn)公里才能與傳統(tǒng)汽車相競(jìng)爭(zhēng)。

公共教育

必須讓公眾了解燃料電池的優(yōu)點(diǎn)。正如任何新車上市時(shí)，消費(fèi)者總是擔(dān)心其安全性和可靠性。公共教育可以加快這一過(guò)程。

燃料電池汽車普通使用聚合物電解質(zhì)膜（PEM）燃料電池，也被稱作質(zhì)子交換膜電池，使用氫氣和空氣中的氧氣產(chǎn)生發(fā)電。下圖顯示了電池的工作原理。

燃料電池組

大多數(shù)燃料電池產(chǎn)生的電壓僅有1.16伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到汽車的電力需求。因此必須將許多電池組裝成電池堆棧。燃料電池產(chǎn)生的潛在電量取決于電池的性能與電池的數(shù)量。