车用燃料电池发展现状分析

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【摘 要】汽车工业的发展在提供人类方便的同时也消耗了巨大的能源并造成严重的环境污染。为了解决这些问题，研制推广一种节能、无污染的汽车迫在眉睫。燃料电池汽车正是利用清洁的氢能源、并可实现零排放的汽车，而燃料电池则是这种新能源汽车的核心部件。

【关键词】燃料电池；汽车；现状

一、燃料电池分类及原理

燃料电池是一种化学电池，它直接把物质发生化学反应时释出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给活物质即燃料和氧化剂。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。

二、料电池分类

随着材料科学制造工艺技术的发展出现了多种类型的燃料电池，按照不同的方法可以分为不同的种类。按燃料电池的燃料使用类型可以分为直接型燃料电池、间接型燃料电池以及再生型燃料电池。按照燃料电池的燃料状态可以分为液体型燃料电池、气体型燃料电池。按电解质的种类不同可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、再生型燃料电池、锌空燃料电池（ZAFC）、质子陶瓷燃料电池（PCFC）等。.按燃料种类可以分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等。按工作温度不同可以分为低温型（温度低于200℃）、中温型（温度为200℃～750 ℃ ）、高温型（温度为750℃～1000 ℃ ）、超高温型（温度高于1000 ℃ ）。

三、电池工作原理

燃料电池就是把化学能直接转化为电能的装置。它与一般电池一样，燃料电池是由阴极、阳极和电解质构成。

在阳极上连续充如氢气的气态燃料，那么阳极为氢燃料发生氧化的场所，而阴极上则连续充氧气，那么阴极为氧化剂还原的场所，其两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，这样就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流。从理论上讲，只要连续不断地给电池供应燃料和氧化物，燃料电池就能连续发电。但实际上，由于元件老化和故障等原因，燃料电池有一定的寿命。

四、燃料电池系统组成

燃料电池实际上不是“电池”，而是一个大的发电系统。我们以质子交换膜燃料电池为例来说明。对质子交换膜燃料电池来说，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统等。

燃料供应系统是给燃料电池提供燃料，如氢气、天然气、甲醇等。这个系统可以直接利用氢气罐来提供氢气，这种方法比较简单，如采用如电解水的方法制取氢气则相当复杂。氧化剂系统主要是给燃料电池提供与氢气系统相同压力、一定流量、经过良好滤清的氧气。氧气可以从空气中获取或从氧气罐中获取，采用空气获取时需要用压缩机来提高压力，以增加燃料电池反应的速度。压缩机质量、体积和成本，会影响整个燃料电池的参数。

空气供应系统的各种阀、压力表、流量表等接头均要采取防泄漏措施。发电系统是指燃料电池本身，它将燃料和氧化剂中的化学能直接变成电能，而不需要经过燃烧的过程，它是一个电化学装置。由于在电池的阴极生成水，所以需要不断及时地将这些水带走，否则会造成燃料电池失效，因此水的管理在燃料电池中至关重要。

五、料电池发展现状

目前世界各大汽车公司，如戴姆勒克莱斯勒、通用、宝马、丰田等都在积极开发以质子交换膜燃料电池为动力的电动汽车。2000年通用汽车在悉尼奥运会上的OPEL纯氢燃料电池汽车成为马拉松竞技的先导车。我国有关燃料电池的研究始于20世纪中叶。2001年，燃料电池汽车的研制研发被列入到“十五”计划中。2002年大连物化所新源动力公司开发出40KW的轿车燃料电池发动机和75KW的客运汽车燃料电池发动机。并作为展示电动车在2008年北京奥运会上运行。

目前，虽然燃料电池将成为未来的最佳车用能源的这一观点已被认同，但电池寿命、成本、质量体积、氢气安全等问题仍需要我们解决。

六、结论

以氢为主要燃料的燃料电池，具有能量转换效率高、环境友好、高功率密度等特点，有着很多其它发电设备所不可比拟的优势，随着技术的进步和不断研发，它必将成为内燃机的有效替代装置。

参考文献

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[2]唐伦成，杨阁亭，王佳.燃料电池技术及应用[J].化工进展.1995，4

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