燃料电池车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动汽车。甲醇、天然气和汽油也可以替代氢（从这些物质里间接地提取氢），不过将会产生极度少的二氧化碳和氮氧化物。但总的来说，这类化学反应除了电能就只产生水。因此燃料电池车被称为“地道的环保车”。

　　燃料电池的能量转换效率极高。燃料电池不经历热机过程，不受热力循环限制、故能量转换效率高，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100%，实际效率已达60%%～80%，是普通内燃机热效率的2～3倍。因此，从节约能源的角度来看，燃料电池汽车明显优于使用内燃机的普通汽车。

　　另一方面，近年来燃料电池技术的迅速发展也为燃料电池运用于汽车创造了条件。由于技术的进步，燃料电池的功率密度不断提高，电池组的输出功率不断增大，而电池的体积和成本却明显降低。

　　许多大公司只所以对燃料电池感兴趣，还因为内燃机技术的发展已几乎走到了尽头。随着汽车尾气排放标准的日益严格，要从内燃机的设计上找到突破口已经很困难了，而且势必会大大增加内燃机的成本。经过了一百多年，燃料技术的发展几乎达到了极限。

　　燃料电池的另外一个吸引人的地方在于它将取代蓄电池用于电动汽车。由蓄电池驱动的电动汽车虽然摆脱了马达的轰鸣，可以无任何噪音地行驶，但它有一个致命的弱点，那就是充一次电的行程有限。

　　要增大电动汽车的行程，一种方法就是携带燃料并能车载发电。这样就出现了所谓的混合动力汽车。它使用一种小型内燃机所驱动，在加速时由一组蓄电池提供辅助动力，在刹车时还可回收制动力。混合动力汽车由于结合了电动和机械驱动两套装置，因而结构复杂，成本也高。与蓄电池电动汽车和混合动力汽车不同的是，燃料电池汽车可以车载发电。只要带上足够的燃料，它可以把您送到任何想去的地方。

　　燃料电池的最佳选择

　　燃料电池的燃料的氢气、甲醇和汽油三种。根据燃料电池的发电原理，氢气是最理想的燃料。一是氢气可以直接参与电化学反应；二是氢气燃料电池的产物中只有洁净的水蒸汽，对环境不会造成任何污染。要将氢气作为燃料电池汽车的燃料，问题就远非这么简单了。以氢气为燃料，必须解决以下两个问题：一是如何经济地获取纯氢天然气等传统的化石燃料，通过重整或改质技术转化而来。这样一来，氢作为二次能源，它的制取不仅要消耗大量的能量，而且并没有从根本上摆脱对化石能的依赖，也没有从根本上消除对环境的污染。自然界中，氢能大量存储在水中，虽然取之不尽，但直接使用热分解或是电解的办法从水中制氢、显然不划算。因此多数科学家都将目光转向了利用太阳能，但是目前还存在许多技术障碍。目前，他们正在进行太阳能分解水制氢。太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等方面的研究。只有到了能以再生性能源廉价地生产出氢燃料，氢燃料电池民汽车的燃料问题才算获得了根本性解决。

　　氢燃料电池汽车的应用面临的第二个问题便是如何为燃料电池供应燃料。通常氢能以三种状态存储和运输：高压气态、液态和氢化物形态。用常用的压缩气体罐贮存的氢，只能供燃料电池汽车行驶150km，这还不如目前最好的蓄电池驱动的汽车。由于氢气是最小的分子，很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都有可能造成极度为可怕的后果。而在零253℃的条件下贮存液氢的深度致冷技术对于大众市场来说，目前还很不成熟。就全球来说，目前能够加液氢的深度致冷技术对于大众市场来说，目前还很不成熟。就全球来说，上前能够加液氢的深度致冷技术对于大众市场来说，目前还很不成熟。就全球来说，目前能够加液氢的加氢站也没有几家。可喜的是，储氢材料的开发忆取得令人鼓舞的进展。据报道，一种具有复杂的纳米结构的石墨纤维，其单位重量可以吸收20%的氢气。

　　燃料电池种类繁多，其性质和荼温度范围随所用的电解质的性质而异，对于汽车用燃料电池，质子交换膜燃料电池（PEMFC）最为适合。它的结构紧凑，工作温度低（只有80℃），启动迅速，功率密度高，工作寿命长。PEMFC的核心是一涂有铂催化剂的弹性塑料膜。铂催化剂把氢气转化为质子和电子，只有质子可以通过电解质膜，与膜另一侧的氧结合生成水，而电子在闭合的外电路中形成电流。PEMFC早在20世纪60年代就用在双子星宇宙飞船中作备用电源。由于其输出的电流太小而且造价地高，限制了它的商业应用，更不用说用来驱动汽车了。80年代晚期，洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员对催化剂做了大量改进，使铂的用量减少了90%。全球领先的燃料电池开发商，加拿大的巴拉德动力系统公司通过改进电解质膜，使电池的能量密度成倍增加，这是其它燃料电池所无可比拟的。

　　燃料电池汽车市场发展

　　为了争夺燃料电池汽车的未来市场，各国汽车商在政府的扶植下纷纷投入巨资，竞相开发自己的燃料电池汽车。戴姆勒——克莱斯与巴拉德动力系统公司联手，于1997年共同投资3.3亿美元进行开发。日本丰田汽车公司和美国通用汽车公司迅速作出反应，宣布联合开发燃料电池汽车。为了争夺21世纪世界汽车市场的主导权，双方都希望自己的技术能成为燃料电池汽车的世界标准。目前鹿死谁手一时难以定论。

　　早在1994年，戴姆勒就开发出燃料电池汽车“NECARI”，随后又推出它的姊妹车“NECAR2”。1997年秋在法兰克福汽车展上，戴姆勒展出了“NECAR3”。与前两种相比，“NECAR3”在技术上有很大的进展。它由两个25kW的燃料电池堆驱动，功率密度可达1000W/L，是世界上第一辆使用甲醇重整制氢装置的燃料电池汽车。踩踏加速器踏板的2s内，可得到90%的系统动力。以驱动动力而言，它与传统的汽油和柴油汽车相同。满箱甲醇（40L）的行程约250mile（402.25km）无尾气排放，不产生氮氧化物或烟灰颗粒，并且由于燃料电池堆效率高，CO2的排放量也远远低于柴油汽车。1999年，戴姆勒—克莱斯勒汽车公司与福特汽车公司联手研制成功的以液氢为动力的“NECAR4”型燃料电池电动汽车已经结束了行驶试验，进入商业化生产的开发阶段。据悉，“NECAR4”可乘坐5人。2000年，戴姆勒一克莱斯勒公司宣布，已经开发出以甲醇为燃料电池汽车“NECAR5”和“Jeep Commander 2”。NECAR5是基于奔驰ACLASS车型改造而成的，而甲醇改质形式也是基于奔驰ACLASS车型，是1997年开发的“NECAR3”的后续产品。

　　丰田汽车公司利用自己独特特的燃料电池技术，试制出两种类型的燃料电池样车。一种是使用特殊的合金材料储氢。另一种则是以甲醇为燃料，在车上完成从甲醇转化为氢气燃料的全过程。丰田的RAV4汽车使用了25kW燃料电池堆与镍一氢电池的混合装置。汽车的最高时速为 80mile（128.72km），50升甲醇燃料箱的行程为310mile（500km）。大众汽车公司也示范了一种以“搞尔夫”车型为基础的甲醇作燃料的混合型汽车。该汽车采用20kW的巴拉德燃料电池堆和约翰逊·马秦的“热点”甲醇重整装置。雷诺和标致、雪铁龙汽车公司还示范了以一定意大利公司生产的PEMFC堆为动力的汽车。它们分别以车载贮存的液态和气态氢为燃料。

　　在燃料电池汽车的开发大战中，载姆勒一克莱斯已经取得了领先地位。载姆勒计划2002年开始在大型客车、2004年开始在小汽车上实现商品化，而届时的燃料将使用纯氢气。不过戴姆勒也承认，如果使用纯氢气燃料的话，从基础设施方面考虑预计市场需求不会太大，因此估计纯氢气燃料车型的普及应该在甲醇改质型汽车商品化之后。戴姆勒还计划到2004年在日、美。欧海车市场投入2000～4000辆燃料电池汽车，不过现在看起来似乎不大可能。由戴姆斯一克莱斯勒。福特、巴拉德三家公司与其他汽车制造商、燃料电池制造商和12家大石没公司共同成立的加利福尼亚燃料电池项目，近日计划把60辆燃料电池汽车推向市场。尽管2004年之前批量生产燃料电池汽车可能会赔钱，但它们发誓要试一试。

　　现在专家们一致认为，制约燃料电池汽车商业应用的最大因素是燃料电池的生产成本一直居高不下。由于燃料电池非常昂贵，与装备充电电池的汽车相比，燃料电池汽车的价格要高得多。因此，如何降低燃料电池的生产成本成为燃料电池汽车实用化的关键。据美国能源部测算，目前燃料电池的生产成本已降为每千瓦500美元。据专家估计，只有当燃料电池的生产成本降至50美元/kW的水平才能为消费者所接受。也就是说，当一台80kW的汽车用燃料电池的成本降到目前汽油发动机的3500美元的价格时，才能创造巨大的市场效益。燃料电池成本高的主要原因是尚未形成批量生产。一旦进入大批量生产阶段，燃料电池的价格肯定会大大降低。最近，巴拉德公司展示的Mark 900系列燃料电池据说连同驱动电机一起可以每千瓦60美元的成本制造出来，这相当于一个4500美元的100马力（1马力=735W）的动力系统。虽然比起同功率的活塞式发动机加工自动变速器的2000～3000美元还是偏高，但价格已经相当接近了。据美国能源部阿贡国家实验室的詹姆斯·米勒估计，商业化的燃料电池汽车有可能在2004～2008年之间进入市场。分析家主伙，汽油和柴油发动机将会退出历史舞台，如果燃料电池以目前的速度继续发展，最后一家汽车发动机制造厂可能会在对世纪中叶关闭。

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