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氢动力汽车

氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水,其具有无污染,零排放,储量丰富等优势,因此,氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比,氢动力汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火,并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。

随着“汽车社会”的逐渐形成,汽车保有量在不断地呈现上升趋势,而石油等资源却捉襟见肘,另一方面,吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展,而是开放替代石油的新能源,燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面,辙印出新能源的名字氢

几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力,但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而(指2009年)的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机,只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候,氢动力燃料电池的出现,犹如再造了一艘诺亚方舟,让人们从危机中看到无限希望。

以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳,但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度,释放的能量足以使汽车发动机运转,而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水,没有污染。因此,许多科学家预言,以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术,它对汽车工业的革命性意义,相当于微处理器对计算机业那样重要

氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水,其具有无污染,零排放,储量丰富等优势,因此,氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比,氢动力汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火,并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。

优点:排放物是纯水,行驶时不产生任何污染物。

缺点:氢燃料电池成本过高,而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难,因为氢分子非常小,极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题,氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气,如此一来同样需要消耗大量能源,除非使用核电来提取,否则无法从根本上降低二氧化碳排放。 [1]

20世纪80年代,美国在研究中发现“陶瓷绝热发动机并不能提高发动机的热效率”,但美国厂商和相关机构故意虚张声势,诱导日本企业搞陶瓷绝热发动机。日本企业经过数年或十数年的努力后发现,它不能改善发动机的热效率,最终只能放弃。

和陶瓷绝热发动机类似,事实上国内此前流行的生物燃料,在发展过程中已经遇到了发展瓶颈。由于大量的玉米用来生产燃料,而使中国猪饲料发生紧缺,间接导致了猪肉价格的上涨。而氢燃料电池技术至少在50年或100年以后才能看出最终结果。

美国政府曾宣布将投资17亿美元把“氢能”作为新一代能源的重点发展对象。2006年,小布什政府提出要在未来20年内让美国人开上氢燃料电池动力汽车,日本的丰田、本田也在研究氢燃料汽车。

2001年,时任的美国总统乔治沃克布什上任后,由于拒绝参加京都协议,以及阻挠国会通过降低汽车平均油耗的法案而备受批评。为减少批评,他曾大力提倡“氢能源”、“氢经济”来表达对能源和环境问题的重视。但是外界评价,布什政府提倡氢能源是为了转移舆论指责。

研究开发氢动力汽车一直走在前列,并且已投入数十亿美元的通用汽车从20世纪60年代末,就开始了氢燃料电池驱动技术的研究,并且与中国上汽集团合作开发出名为“凤凰”的中国首辆燃料电池汽车。2003年,通用汽车能源动力全球巡展上引起中国有关部门和业界人士广泛关注的“氢动三号”,已经达到了通用汽车和欧宝品牌的商业化生产指标,驱动系统的模块化和摆脱对蓄电池的依赖使得“氢动三 号”的总车重降低约100公斤,接近1590公斤的目标值,而且容积与普通车型的载货空间完全相同。

通用汽车相当看好这一车型,认为“氢动三号”是向成熟燃料电池车规模化生产进程中取得的一项重大进展。通用将计划在2010年以后生产出大众能承受得起的燃料电池车,目标指向第一家销售100万辆燃料电池汽车的汽车公司。

并不是只有通用汽车一家在不惜血本开发燃料电池。戴姆勒克莱斯勒在奔驰A级轿车的基础上为美国、欧洲、日本、新加坡的客户提供60辆氢燃料电池车,第一批已经行驶在美国和日本的街头。同样在燃料电池开发上注入重金的本田的FCX更是抢先一步,成为全球首辆商品化氢动力车。

2009年6月16日,美国南加州莫哈韦沙漠的艾尔米诺日干湖那宽阔龟裂的土地上风大尘高。测试人员杰西驾驶着他那辆形似一颗水滴的改装车一“飞”而过。依靠改装的氢动力发动机,他开到了时速199.712英里,刷新了此前由宝马H2R氢动力车在德国创下的186英里/小时(约299.3千米)的氢动力陆地速度纪录。

与传统汽车相比,氢动力汽车能量转化效率高达60-80%,为内燃机的2至3倍。燃料电池本身工作没有噪声、没有振动,其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道,本身不参与化学反应,没有损耗,寿命长。从这些方面来看,氢动力汽车当之无愧地是未来汽车发展的重点。

(指2009年)用电解法制备一公斤液氢大约需要50度到60度电(包含压缩制冷耗电),随着能源紧张,民用电有可能涨到0.80元,那么按60度电计算,制备一公斤液氢需要48元,按宝马效率,4公斤跑100公里,那么百公里燃料费用高达192元,是用户很难接受的。如果液氢先转化为电再以比亚迪效率跑,按60%的发电效率计算,一公斤能发电32度,半公斤就够跑百公里了,燃料费用24元,比汽油便宜一半还多。

提高氢燃烧发电效率,一是要把液氢从空气中吸收热量的过程利用起来(可以温差发电),二是要降低排出物携带的热量,这点离子交换膜电池倒是很好地解决了。液氢由储氢罐出来后先进入级联气轮机室,吸收空气热量同时做功发电,达到空气温度后由离子交换膜电池(工作温度低于摄氏100度)继续加热级联气轮机室,氢气由级联气轮机室出来,进入离子交换膜电池里发电。离子交换膜电池本身发电效率可以达到氢燃烧值的80%,加上级联发电级组从空气中吸收热量发的电,效率会提高比较多。另外,如果将级联发电机组放在车头位置,由于液氢气化对环境的降温,可以在车头前方形成一个低压区,有利降低空气阻力。

对于汽车厂商来说,在汽车中保存氢是很大的问题。穿越欧洲14国的“氢动三号“使用的是一个存放液态氢的大型高压密封箱,仅够维持250英里。另外由于基础设施尚未跟进,“氢动三号”无法享受独行侠般的自由自在,随行车辆要在需要的时候为它进行氢补给。

然而,氢燃料电池要走上商业化道路,更大的阻碍是高昂的成本问题。(截止2009年6月)制造一辆燃料电池车的花费大约是普通汽车成本的100倍左右,只有那些为批量上市而生产的车型才能产生经济效益,但其成本仍然是普通汽车成本的10倍。

另外,虽然汽油价格上涨会使得车辆的全程价格越来越贵,但是氢燃料电池车如天价般的使用成本同样使得人们望而却步。虽然已经掌握燃料电池的相关技术,但棘手的问题是要在消费者能够承受的价格限度内制造出此类电池,否则这类汽车将无法引起人们的兴趣。在操作层面上氢的提取成本是非常高的,要想大规模获取液态氢,成本是以“亿美元”为计算单位的。另外,(指2009年)世界上氢的生产量还远远跟不上“氢时代”到来时的预计需求量,新的氢来源的开发也是生产链中的关键点之一。

在中国的“863计划”中和“十一五”计划中,明确将替代动力汽车技术列为重点发展项目。总投入3236万美元、为时5年的中国燃料电池公共汽车商业化示范项目也已正式启动,将以全球招标方式购置12辆燃料电池公共汽车,并建立相应加氢设施,在京沪两市示范运行。

在中国的研究现状形势也不是太乐观。国内能见到的氢动力汽车还是非常少见的。2010年7月23日在山东境内的309国道上见到了一辆车牌号码为京E28185的氢动力汽车,大面包车的外形,上面写有随车制氢的字样,C2H50H乙醇也在车标下方。DODGE RAM在车尾右下方。不清楚是内燃机还是燃料电池。试验性质浓厚。

有观点认为,国际上研制氢动力汽车不过10年左右,中国与国外水平十分接近。由于氢动力汽车结构与传统汽车完全不同,应当抓住这个时机获得今后“氢时代”世界汽车工业的主动权。但是,国外汽车研究机构的实力并不是一天练成的,并且从(指2009年)阶段来看,中国的氢动力自主开发已经渐渐落后于国外,国外的氢动力汽车虽然在商业化操作中还存在很多纰漏,但技术上已经快步成熟甚至可以量产上市。在中国发展氢动力汽车的初期,可能还是需要通过国内汽车厂商与走在氢动力开发前列的国外汽车厂商的合作进行技术引进,实现中国汽车工业的可持续发展。

氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。特点环保节能,高效。

氢燃料电池-来源发展

汽车是人们生活中的重要交通工具,而汽车排放的尾气又是造成日益严重的环境污染的重要原因,为此,人们急需寻找一种代用燃料。科学家经过几十年的精心研究发现,用氢燃料电池作汽车动力无污染环境的有害成份。因此,使用氢燃料电池的汽车才是名副其实的“绿色燃料”汽车。据报道,在冰岛政府的支持下,戴姆勒克莱斯勒公司和壳牌公司1999年初公布了把这个岛国变为世界上第一个“氢经济”的国家计划最终用无污染的氢能源取代所有小轿车、公共汽车上使用的柴油和汽油。德国已经陆续推出了各种燃氢汽车。

过去,人们总以为氢气是一种化学元素,很少把它作为能源来看待。自从出现了火箭和氢弹之后,氢气又变成了航天和核武器的重要材料,又将其制成氢燃料电池,为人们提供电能。

氢燃料电池-发电原理

氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极。

氢燃料电池与普通电池的区别主要在于:干电池、蓄电池是一种储能装置,是把电能贮存起来,需要时再释放出来;而氢燃料电池严格地说是一种发电装置,像发电厂一样,是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外,氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成,这是氢燃料电池的一项关键技术,它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面,还要对电池的化学反应起催化作用。

氢燃料电池-应用领域

20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,很快,氢燃料电池就被运用于发电和汽车。

大型电站,无论是水电、火电或核电,都是把发出的电送往电网,由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同,电网有时呈现为高峰,有时则呈现为低峰,这就会导致停电或电压不稳。另外,传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上,燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电,是将燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,能量转换率可达60%~80%,而且污染少、噪音小,装置可大可小,非常灵活。

氢的化学特性活跃,它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后,形成一种金属氢化物,其中有些金属氢化物的氢含量很高,甚至高于液氢的密度,而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解,并把所吸收的氢释放出来,这就构成了一种良好的贮氢材料。

随着制氢技术的发展,氢燃料电池离我们的生活越来越近。到那时,氢气将像煤气一样通过管道被送入千家万户,每个用户则采用金属氢化物的贮罐将氢气贮存起来,然后连接氢燃料电池,再接通各种用电设备。它将为人们创造舒适的生活环境,减轻繁重的生活事务。但愿这种清洁方便的新型能源氢燃料电池早日在人们日常生活中。

氢燃料电池-汽车应用

20辆中国自主研制的氢燃料电池轿车在同济大学新能源汽车工程中心举行赴京发车仪式,它们将在奥运会中投入运营。这20辆氢燃料电池轿车是基于大众帕萨特领驭车型,通过改制和集成最新一代燃料电池轿车动力系统平台而成功研发出来的。它们以氢气为能源,经氢氧化学反应生成水,真正实现零污染。氢燃料电池轿车加一次氢可跑300多公里,时速达每小时140~150公里。氢燃料电池轿车比同类型内燃机车重200多公斤,贵5倍以上。

氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比,燃料电池车能量转化效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车,氢燃料是完美的汽车能源!

氢燃料电池车的优势毋庸置疑,劣势也是显而易见。随着科技的进步,曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善,然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍,这个价格是市场所难以承受的。

据悉,这批氢燃料电池车,最大输出功率高达60千瓦,燃料消耗仅为每百公里1.2公斤氢气,大约相当于4升93号汽油。


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