燃料电池作为机动车动力源的优势

　　燃料电池是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”，1839年英国物理学家威廉·格拉夫爵士就在实验室成功地实现了电解水的逆反应，产生了电流。20世纪六七十年代，美国开始将燃料电池用于“双子星”号和“阿波罗”号航天飞机上，进入20世纪80年代以来燃料电池逐渐应用到潜艇上作为动力源，以后才向EV方向发展。

　　根据传统的习惯，把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”仍然称为燃料“电池”，但其与一般的化学电池是完全不同的工作原理。燃料电池的能量转换方式是燃料的化学能直接转换为电能，燃料电池能够使用多种燃料，可以是石油燃料也可以是有机燃料，并可使用包括再生燃料在内的几乎所有的含氢元素的燃料。燃料经过转化成为氢后，以氢作为燃料电池的燃料，燃料电池能量转换不受卡诺循环的规律的限制，热效率要高得多，可达到34%～40%左右。燃料电池在运行过程中，不需要复杂的机械传动装置，不需要润滑剂，没有振动与噪声。燃料电池是由电池负极一侧的氢极(燃料极)输入氢气，和在正极侧的氧化极(空气或氧气)输入空气或氧气。在正极与负极之间为电解质，电解质将两极分开。根据不同种类的燃料电池采用了不同的电解质，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质。在燃料电池中燃料与氧化剂经催化剂的作用，在能量转换过程中，经过电化学反应生成电能和水(H20)，因此，不会产生氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)等对大气环境造成污染的气体排放。

　　当前，以内燃机提供动力的汽车已成为有害气体排放的主要排放源。在世界各地、国家和地方机构都在立法强迫汽车制造商生产能极大限度地降低排放的车辆，燃料电池可为这种要求带来实质的机遇。业内人士指出：当小车使用以天然气重整的氢为燃料的燃料电池而不用汽油内燃机时，其二氧化碳的排放量可以减少高达72%。

　　然而，如果用燃料电池代替内燃机，燃料电池技术不仅要符合立法对车辆排放的严格要求，还要能对终端用户提供同样方便灵活的运输解决方案。驱动车辆的燃料电池必须能迅速地达到工作温度，具有经济上的优势，并能提供稳定的性能。应该说质子交换膜燃料电池最有条件满足这些要求，其工作温度较低，它们能很快地达到所需的温度。由于能迅速地适应各种不同的需求，与内燃机的效率25%左右相比，它们的效率可高达60%。研究表明，以甲醇为燃料的燃料电池，其燃料利用率是用汽油内燃机提供动力的车辆的1.76倍。

　　在现有的燃料电池中，质子交换膜燃料电池的电力密度最大。当人们在车辆设计中重点考虑空间最大化时，这一因素则至关重要。另外，固态聚合物电解质能有助于减少潜在的腐蚀和安全管理问题。唯一的潜在问题是燃料的质量，为了避免在低温催化剂受到污染，质子交换膜燃料电池必须使用没污染的氢燃料。现在，大多数车辆生产商视质子交换膜燃料电池为内燃机的后继者，在这一进程中，运用不同车辆和使用不同地区的试验进展顺利，用质子交换膜燃料电池为公共汽车提供动力的试验已在温哥华和芝加哥取得成功。德国的城市也进行了类似的试验，十个欧洲城市也在公共汽车上进行试验，伦敦和加利福尼亚也将计划在小型车辆上进行试验。在生产商能够有效地，大规模地生产质子交换膜燃料电池之前，需要解决的主要问题包括生产成本，燃料质量，以及电池的体积。但愿技术的进一步发展和扩大生产的共同作用将会运用经济的规模性而降低生产成本。目前，人们也在对直接使用甲醇为燃料和从环境空气中取得氧的另一解决方案进行研究，它也可以避免燃料的重整过程。