車用燃料電池發展現狀分析

【摘 要】汽車工業的發展在提供人類方便的同時也消耗了巨大的能源并造成嚴重的環境污染。為了解決這些問題，研制推廣一種節能、無污染的汽車迫在眉睫。燃料電池汽車正是利用清潔的氫能源、并可實現零排放的汽車，而燃料電池則是這種新能源汽車的核心部件。

【關鍵詞】燃料電池；汽車；現狀

一、燃料電池分類及原理

燃料電池是一種化學電池，它直接把物質發生化學反應時釋出的能量變換為電能，工作時需要連續地向其供給活物質即燃料和氧化劑。由于它是把燃料通過化學反應釋出的能量變為電能輸出，所以被稱為燃料電池。

二、料電池分類

隨著材料科學制造工藝技術的發展出現了多種類型的燃料電池，按照不同的方法可以分為不同的種類。按燃料電池的燃料使用類型可以分為直接型燃料電池、間接型燃料電池以及再生型燃料電池。按照燃料電池的燃料狀態可以分為液體型燃料電池、氣體型燃料電池。按電解質的種類不同可以分為質子交換膜燃料電池（PEMFC）、堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、再生型燃料電池、鋅空燃料電池（ZAFC）、質子陶瓷燃料電池（PCFC）等。.按燃料種類可以分為氫燃料電池、甲醇燃料電池、乙醇燃料電池等。按工作溫度不同可以分為低溫型（溫度低于200℃）、中溫型（溫度為200℃～750 ℃ ）、高溫型（溫度為750℃～1000 ℃ ）、超高溫型（溫度高于1000 ℃ ）。

三、電池工作原理

燃料電池就是把化學能直接轉化為電能的裝置。它與一般電池一樣，燃料電池是由陰極、陽極和電解質構成。

在陽極上連續充如氫氣的氣態燃料，那么陽極為氫燃料發生氧化的場所，而陰極上則連續充氧氣，那么陰極為氧化劑還原的場所，其兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，這樣就可以在電極上連續發生電化學反應，并產生電流。從理論上講，只要連續不斷地給電池供應燃料和氧化物，燃料電池就能連續發電。但實際上，由于元件老化和故障等原因，燃料電池有一定的壽命。

四、燃料電池系統組成

燃料電池實際上不是“電池”，而是一個大的發電系統。我們以質子交換膜燃料電池為例來說明。對質子交換膜燃料電池來說，需要有燃料供應系統、氧化劑系統、發電系統、水處理系統、熱管理系統、電力系統以及控制系統等。

燃料供應系統是給燃料電池提供燃料，如氫氣、天然氣、甲醇等。這個系統可以直接利用氫氣罐來提供氫氣，這種方法比較簡單，如采用如電解水的方法制取氫氣則相當復雜。氧化劑系統主要是給燃料電池提供與氫氣系統相同壓力、一定流量、經過良好濾清的氧氣。氧氣可以從空氣中獲取或從氧氣罐中獲取，采用空氣獲取時需要用壓縮機來提高壓力，以增加燃料電池反應的速度。壓縮機質量、體積和成本，會影響整個燃料電池的參數。

空氣供應系統的各種閥、壓力表、流量表等接頭均要采取防泄漏措施。發電系統是指燃料電池本身，它將燃料和氧化劑中的化學能直接變成電能，而不需要經過燃燒的過程，它是一個電化學裝置。由于在電池的陰極生成水，所以需要不斷及時地將這些水帶走，否則會造成燃料電池失效，因此水的管理在燃料電池中至關重要。

五、料電池發展現狀

目前世界各大汽車公司，如戴姆勒克萊斯勒、通用、寶馬、豐田等都在積極開發以質子交換膜燃料電池為動力的電動汽車。2000年通用汽車在悉尼奧運會上的OPEL純氫燃料電池汽車成為馬拉松競技的先導車。我國有關燃料電池的研究始于20世紀中葉。2001年，燃料電池汽車的研制研發被列入到“十五”計劃中。2002年大連物化所新源動力公司開發出40KW的轎車燃料電池發動機和75KW的客運汽車燃料電池發動機。并作為展示電動車在2008年北京奧運會上運行。

目前，雖然燃料電池將成為未來的最佳車用能源的這一觀點已被認同，但電池壽命、成本、質量體積、氫氣安全等問題仍需要我們解決。

六、結論

以氫為主要燃料的燃料電池，具有能量轉換效率高、環境友好、高功率密度等特點，有著很多其它發電設備所不可比擬的優勢，隨著技術的進步和不斷研發，它必將成為內燃機的有效替代裝置。

參考文獻

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