氫燃料電池——風(fēng)景很美距離還遠(yuǎn)
   當(dāng)采訪完國(guó)內(nèi)外燃料電池領(lǐng)域的幾位專家后，記者感慨，燃料電池就像高高屹立在青藏高原上的珠穆朗瑪峰，無(wú)論從哪個(gè)角度看，風(fēng)景都很美，但離我們很遙遠(yuǎn)。

迄今為止，珠穆朗瑪峰僅有為數(shù)不多的職業(yè)登山家成功登頂，大多數(shù)人無(wú)法攀登，這與氫燃料電池汽車很相似。目前，各國(guó)僅推出少量車型用于研究、驗(yàn)證或者局部使用，廣大消費(fèi)者還不能方便地享用。

應(yīng)用前景很誘人

科學(xué)家很早就發(fā)現(xiàn)了燃料電池的技術(shù)原理，當(dāng)時(shí)，這一發(fā)現(xiàn)囿于諸多限制因素沒有引起大家的足夠重視。近年來(lái)，隨著空氣污染加劇、石油資源日益減少，燃料電池汽車引起了廣泛關(guān)注。

燃料電池根據(jù)電解質(zhì)不同，可分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和直接甲醇燃料電池(DMFC)等幾種。車用燃料電池大多采用質(zhì)子交換膜燃料電池。

燃料電池優(yōu)勢(shì)非常突出。同濟(jì)大學(xué)張智明博士說(shuō)：“目前為止，還沒有哪一項(xiàng)能源生成技術(shù)像燃料電池那樣將諸多優(yōu)點(diǎn)集于一身。”

燃料電池具有較高的能效。燃料電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不會(huì)因?yàn)槿紵�作用產(chǎn)生大量廢氣與廢熱，能量轉(zhuǎn)換率約為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的3倍以上。目前，直接使用氫氣的系統(tǒng)效率超過(guò)50%，如果將燃料電池排放的廢熱加以回收利用，能量利用率超過(guò)85%。而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的熱效率大約為20%~30%。

燃料電池具有環(huán)境親和性。部分燃料電池會(huì)排放二氧化碳，但遠(yuǎn)低于燃燒汽油的排放量(約為其1/6)。氫燃料電池尾氣排放只有水，真正做到了無(wú)污染，無(wú)溫室氣體排放。

燃料電池還有無(wú)火花、低噪聲、無(wú)廢棄物處理問(wèn)題、高機(jī)動(dòng)性等特點(diǎn)。目前，燃料電池的能量密度已從早期50～80Wh/kg提高到3000Wh/kg，比鋰離子電池高出許多倍。

燃料電池汽車的續(xù)駛里程不低于傳統(tǒng)燃油汽車。國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)研究表明，一加侖汽油與一公斤氫氣行駛里程相當(dāng)。

燃料電池的氫來(lái)源廣泛，成本也較低，據(jù)介紹，天然氣、甲醇制解、水電解等都可以制造氫氣，許多化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氫氣，完全可以回收利用。華南理工大學(xué)教授廖世軍說(shuō)：“用天然氣制氫，大約每立方米花費(fèi)3元，電解水制氫，每立方米大約需要4度電。”

推廣難題多

燃料電池優(yōu)點(diǎn)突出，缺點(diǎn)也很明顯，推廣使用還有很多難題需要解決
燃料電池的成本非常高。廖世軍告訴記者，質(zhì)子交換膜和鉑催化劑均為昂貴材料，導(dǎo)致每輛車成本大約為150萬(wàn)~200萬(wàn)元人民幣。同濟(jì)大學(xué)張智明博士向記者提供了幾個(gè)數(shù)字，質(zhì)子交換隔膜的價(jià)格大約為每平方米300美元，約占成本的35%，PEMFC中每平方厘米鉑催化劑含量約為0.5毫克，約占成本40%。

氫燃料電池的安全成本比較高。目前，加氫站普遍采用低壓取氫、高壓注入方法。壓力為35MPa或者70MPa，這對(duì)儲(chǔ)氫罐提出了很高的安全要求。一位國(guó)外燃料電池專家告訴記者，有些跨國(guó)汽車企業(yè)采用鋁合金和碳纖維制造儲(chǔ)氫罐，比一般氫氣瓶成本高很多。加氫站安全要求很高，加氫站的建設(shè)成本也非常高。氫氣運(yùn)輸也是人們不得不考慮的因素。

燃料電池汽車原理很簡(jiǎn)單，但幾位專家都告訴記者，真正投入到實(shí)際運(yùn)用中，燃料電池汽車的系統(tǒng)非常復(fù)雜，這導(dǎo)致其制造和維修保養(yǎng)成本比較高。

燃料電池存在壽命問(wèn)題。幾位專家均告訴記者，如果氫氣純度不高，鉑催化劑會(huì)中毒。為了保證使用壽命，氫燃料電池均使用高純度氫氣，據(jù)介紹，氫氣純度一般要求達(dá)到99.99%，有些要求達(dá)到99.9999%。一般工業(yè)制氫純度為99%，每提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，成本增加很多。另外，燃料電池汽車頻繁起停也會(huì)大大縮短壽命。

各國(guó)努力研發(fā)新技術(shù)

最新數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)10年內(nèi)，全球燃料汽車市場(chǎng)份額將高達(dá)1800億元，各國(guó)加緊研發(fā)新技術(shù)，新材料，搶占未來(lái)汽車市場(chǎng)的主導(dǎo)權(quán)。

各國(guó)在燃料電池上的研發(fā)主要集中于降低鉑催化劑用量;增強(qiáng)催化劑穩(wěn)定性;開發(fā)更便宜的質(zhì)子交換膜;提高膜電極性能;優(yōu)化燃料電池系統(tǒng);燃料電池水管理和熱管理;提高燃料電池系統(tǒng)的效率和壽命等。

張智明說(shuō)：“國(guó)外有些燃料電池鉑含量降低為0.18g/cm2，成本大大降低。”

清華大學(xué)教授李建秋說(shuō)：“2011年，燃料電池成本達(dá)到49美元/Kw，預(yù)計(jì)2017年將達(dá)到30美元/Kw。”

廖世軍說(shuō)：“燃料電池壽命目標(biāo)是1萬(wàn)小時(shí)，現(xiàn)在有些國(guó)家已經(jīng)超過(guò)。”