1.2.3 燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车（Fuel Cell Vehicle, FCV），是使用燃料电池作为能源的汽车。燃料电池的概念是1839年由G R.Grove提出的，它是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的发电装置。现代燃料电池技术的发展，可追溯到20世纪60年代的燃料电池——质子交换膜燃料电池的出现，该电池是由美国宇航局与GE公司合作开发的第一个现代意义上的燃料电池。燃料电池电动汽车就是利用燃料电池将化学能转化为电能，通过电机进行驱动的汽车。燃料电池电动汽车最大的特点就是不经过燃烧过程，而是直接通过电池将化学能转化为电能。燃料电池所使用的燃料主要有氢、甲醇和汽油等，由于氢燃料电池零排放的特点，当前研究的重点主要是氢燃料电池。

燃料电池按电解质的不同可划分为质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）、碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell, AFC）、磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC）、固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC）。各类型燃料电池特性见表1-1。

与传统的内燃机汽车和混合动力电动汽车相比，燃料电池电动汽车具有以下一系列优点。

1）无污染。燃料电池电动汽车用氢能作为能量来源，整个生命周期几乎不产生CO₂等温室气体。同时，燃料电池电动汽车还能够有效地减少传统内燃机汽车排放的SO_x、NO_x等有害气体。

2）效率高。传统内燃机汽车通过燃烧将化学能转化为热能，最后转化为机械能，而燃料电池电动汽车直接将氢的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而具有较高的能量转化效率。

3）低噪声。与传统的内燃机汽车相比，燃料电池在运行过程中产生的噪声要比发动机的小，燃料电池电动汽车具有突出的低噪声的特点。

4）燃料来源多样。燃料电池除了可以采用氢作为能源外，还可以采用甲醇、天然气等常见的燃料。

但是，燃料电池电动汽车也存在一系列的缺点。

1）H₂作为燃料电池的主要燃料，其生产、储存、保管、运输和罐装都比较复杂，对安全性要求很高。

2）对密封要求高。在多个单体燃料电池组合成为燃料电池组时，为了防止H₂泄漏，单体电池间的电极连接必须要有严格的密封。密封方面的严格要求，使燃料电池组的制造工艺与维修变得复杂。

3）造价高。目前最有发展前途的质子交换膜燃料电池，需要用贵金属铂作为催化剂。另外，铂在反应过程中受CO的作用会失效。铂的使用与失效使质子交换膜燃料电池的造价很高。

4）需要配备辅助电池系统。燃料电池可以持续发电，但不能充电，也不能进行制动能量回收。因此，通常还需要加装辅助电池来进行充电并回收制动时产生的能量。

目前，燃料电池电动汽车仍处于研究阶段，但世界上已经有20余家汽车公司共90多种车型的燃料电池电动汽车问世。国际大型整机厂也纷纷开始了对燃料电池电动汽车的研究，其中具有代表性的厂商包括通用汽车、福特汽车、丰田汽车、本田汽车等。图1-6所示为丰田汽车公司开发的一款燃料电池电动汽车FCEV。另外，通用汽车公司开发的雪佛兰Equinox燃料电池电动汽车，使用压缩氢作为燃料，最高时速可达160km，续驶里程达320km，其性能已经和普通内燃机汽车相差无几。通用汽车公司开发的另一款氢燃料电池电动汽车Sequel，续驶里程高达482km，0~96.5km/h的加速时间仅为10s。