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氢燃料电池车

2017-11-1 19:35| 发布者: dymodel| 查看: 107| 评论: 0|原作者: dymodel

摘要: 氢燃料电池车——开进绿色氢能时代    汽车不可能永远靠石油行驶在公路上。从目前世界石油储存量看,如不加节制,石油供给维持不了太长时间,开发可再生能源迫在眉睫。另一方面,石油的使用对全球环境造成严重污 ...
氢燃料电池车——开进绿色氢能时代
  
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  汽车不可能永远靠石油行驶在公路上。从目前世界石油储存量看,如不加节制,石油供给维持不了太长时间,开发可再生能源迫在眉睫。另一方面,石油的使用对全球环境造成严重污染,威胁人类生存,必须为汽车寻找新的替代能源。这是人类社会可持续发展的唯一道路。开发新能源汽车不仅是国际汽车大公司的企业行为,更是列入发达国家重要决策事项,形成国家、产业、科研和大学联合创新系统。新能源汽车将掀起世界汽车的第三次革命。
  从概念上讲,新能源应与石油无关,采用可再生能源,并能明显降低CO2排放。氢是首选能源,它可以用于不同动力系统的汽车。世界各国汽车厂商加紧研制以氢为能源的燃料电池车。图为通用汽车公司燃料电池轿车氢动三号。我国科学家也抓住这一历史机遇,研制开发燃料电池车,并且在此领域取得一系列重大突破。在燃料电池发动机方面突破大功率氢燃料电池组制备的关键技术,轿车用净输出 30KW、客车用净输出60KW和100KW的燃料电池发动机,已在同济大学和清华大学燃料电池发动机测试基地通过严格的测试并装车运行,燃料电池轿车已累计运行4000多km,燃料电池客车累计运行超过8000km。
  
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  图 通用汽车公司燃料电池轿车氢动三号
  氢燃料电池通过化学反应产生电能来推动汽车而内燃机车则是通过燃烧产生热能来推动汽车。由于燃料电池车工作过程不涉及燃烧因此无机械损耗及腐蚀,所产生的电能可直接用在推动汽车的四轮上从而省略了机械传动装置。研究表明氢燃料电池的产能效率是内燃机的四倍以上,根据权威机构研究,汽油能量从油箱转换到车轮的过程因燃烧,散热,机械磨损等最后传输到车轮的推进能量不到20%,而氢燃料电池汽车用能效率却能达到60%以上。由于氢气里没有腐蚀性的杂质,也没有碳阻塞燃烧室,燃料电池车很少需要维修。通过计算机控制还可对四轮实现智能化,原先不可想象的横向泊车,原地90到180度转向,通过对四轮施加不同速度来防滑等特殊性能均由于机械传动装置的省略而变得轻而易举。此外,氢燃料车比汽油车安全。即使在失火的情况下也便于逃生。汽油车发生事故或遇火,油箱会***,油产生的热和毒气都会致命。而氢燃料车在猛烈的撞击下,甚至储氢罐破裂都不会引起大火,在逃生时不会被大火烧伤。即使氢采用压缩储存,也仅易燃。若撞击后氢燃料外溢没有着火,它会蒸发到空气中,不产生污染。但它绝不会***,因为氢气只有与氧气或空气在密闭的空间里混合才会***。氢燃料电池车的尾气排放物是水,对环境的污染为零。因此各发达国家的有识之士都已强烈意识到氢燃料电池将结束内燃机时代这一必然趋势,已经开发研制成功氢燃料电池车的汽车厂商包括通用、福特、丰田、奔驰、宝马、克莱斯勒等大公司。
  对于纯燃料电池车或基于氢能源的其他类型车,怎样合理控制制氢成本和建立社会网络化的储氢站是一个重要工程,在行驶的汽车里怎样保存氢燃料也是一个重要课题。技术上储氢有三***宝,一是在超低温-253°将氢呈液态保存,二是用高压(约5000磅/平方英寸)压缩气态氢,提高能量密度,三是用金属氢化合物在普通常温下储存氢;把氢动力车推向民用普及化,顾及成本、安全和便利等综合因素,只有用固态氢化合物技术才有可能。聚焦在真正能够转入民用的固态氢化合物技术方面,美国能源转换设备公司通过数年研发努力,使储氢罐的体积逐步变小,从原先要把体积较大的储氢罐安装在汽车后备箱中变成可以安装在汽车底盘中,如原来的油箱位置,使氢动力车尽量保持传统汽车的体积和实用空间。
  随着制氢和储氢技术的进步,加氢站建设步伐的加快、燃料电池制造成本的下降,氢能广泛利用和燃料电池车的普及必将早日到来
  
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  质子交换膜燃料电池电堆
  车展作为“五大顶尖车展”之一吸引了全球车迷的关注目光,从3月8日至3月18日的11天时间里,250余家参展商将在近77000平米的展馆内向世人展示他们的成果。其中不乏最新设计的概念车、全球首发的量产车、改款车、改装车及零部件,以混合动力车、生物燃料、燃料电池、电动车及氢燃料车为代表的最新技术,诠释了未来汽车的发展方向,环保也将成为本届车展的一大看点。
  
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  车展现场
  温室气体排放造成全球变暖,石油资源紧张改变全球经济,甚至引发战争。多数人指责汽车为罪魁祸首,环保、能源与人类无度的需求形成了尖锐的矛盾,而新技术在这时再度扮演了救世主的角色。
  虽然目前的混合动力及生物燃料技术无法改变温室气体造成的全球变暖,却可以在一定程度上延缓这一趋势。相比之下,日本厂商更为钟情于混合动力技术,丰田及本田在本届车展也带来了他们最新研发的混合动力概念车,如丰田的普瑞斯可充电式混合动力概念车、丰田X 混合动力概念车以及更为倾向运动与操控性能的本田小型混合动力车等。此外,他们还将该技术成功的应用于量产车型,作为现阶段技术的一个过渡,混合动力汽车可以大幅度提高燃油使用效能。
  
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  丰田普瑞斯混合动力概念车
  
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  本田小型混合动力概念车
  生物燃料作为代用能源之一可以大幅度降低车辆尾气中的有害气体排放,据测算,欧3排放标准的车辆在不作任何改动的情况下,通过使用生物燃料,其尾气排放可以轻易达到欧洲4号标准。虽然传统发动机不经任何改装就可以使用生物乙醇与石化汽油的混合燃料,但却无法适应生物乙醇含量更高的替代燃料。以 Saab为代表的一些欧洲厂商对该技术满怀热情,例如Saab的Biopower 100概念车,它可以使用乙醇含量为100%的生物燃料,而生物柴油技术也将成为厂商们关注的另一个发展方向。
  
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  萨博Biopower100生物燃料概念车
  氢氧燃料电池装置从本质上说是水电解的一个“逆”装置,它与普通电化学电池的工作原理类似,但与普通电化学电池的化学能存储放电过程不同,燃料电池更接近一个氢氧发电装置,这也正是二者间最大的区别。虽然燃料电池装置结构复杂,但由于燃料电池技术的能量转化效率可以达到60-80%,仍有不少厂商在该项技术上投入大量的人力物力。本届车展上亦不乏燃料电池概念车,本田的FCX就是其中的代表之一。当然,氢和氧并非燃料电池的唯一能源,甲烷及天然气亦可作为替代燃料,但由于工作温度过高,因此这些替代者还只处于实验室阶段。燃料电池车距离量产尚有一段时日,不过该项技术却有可能成为未来汽车动力系统中最有力的竞争者。
  
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  本田FCX燃料电池概念车
  以电化学电池和电动马达作为驱动装置的电动车并不是什么新闻。但最近几年新技术的出现却大大提升了电动车的实际效能。由于采用了更多的新材料作为传统蓄电池中极板与电解质的代用品,因此,现在的电动车有了更高的续航能力、更轻的重量、更高的瞬时放电能量以及更短的充电时间。比如斯巴鲁的小型电动车 R1e可以在15分钟内完成80%的电池充电过程。但目前的电动车更多的作为城市交通工具出现,长途旅行对于电动车来说还是有些残酷。
  
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  斯巴鲁R1e电动车
  没有什么燃料比氢气更为清洁了,因为在氢气的燃烧过程中,唯一的产出物就是水。而氢燃料汽车发动机的结构与传统内燃机基本相同,这也成为氢燃料汽车入选未来车型的重要原因之一。福特、宝马之类的大厂商在氢燃料汽车方面已经取得了一定的进展,宝马集团联手石油巨头道达尔建立的氢燃料加气站已可以为宝马 7系氢燃料汽车提供燃料。而意大利人也不甘落后,乔治•亚罗的Vadho概念车将是该领域的又一位先行者。虽然氢燃料的大规模工业生产、储运、供应还存在一定问题,不过研究人员对此充满信心,他们相信氢燃料汽车的规模生产仅仅是一个时间问题。
  
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  乔治•亚罗Vadho氢燃料概念车
  当然,种种努力,目标只有一个,那就是环保。“在享受汽车带来的便捷、舒适的同时,我们还能够拥有绿树、蓝天,”这不仅仅是一个希望。

  当然,种种努力,目标只有一个,那就是环保。“在享受汽车带来的便捷、舒适的同时,我们还能够拥有绿树、蓝天,”这不仅仅是一个希望。


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