未来的汽车主要动力是什么?氢燃料、电能、亦或传统的汽油柴油?这些都没法说清,但是目前可以肯定的是新能源的发展有助于汽车的进一步发展。一猫汽车首席内容官汪老师曾在文章中写明:“更多的汽车厂家,把BEV(纯电动汽车)定位为城市通勤用车,比如宝马的i3、日产的聆风,而全面解决人类移动性的方案,要另外寻觅,现在看来,FCV(燃料电池车)似乎是唯一可行的选择。”那么氢燃料电池车到底又有些什么好处,目前的发展又是如何呢?
氢燃料目前作为全球众多车企未来的发展方向之一,由于常规能源的日渐匮乏和排放标准的日益严苛,氢新能源车型将有效降低对常规能源的依赖,并降低碳排放。目前众多车企已开展氢燃料电池车的研发,该燃料电池是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应,把燃料中的化学能转换成电能的电池。虽然燃料电池的实际发电效率可以达到40%-60%,但远超现在内燃机的水平。下面以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,其工作原理如下:
(1) 氢气通过管道或导气板流入阳极;
(2) 在阳极催化剂的作用下,1 个氢分子解离为 2 个氢质子,并释放出 2 个电子,电子的流动形成电流,驱动电动机运转。
(3) 在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板流入阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水。
电子在外电路形成直流电。因此,只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能。
全球气候变暖,地球家园正面临危机的今天,保护环境是亟待解决的问题。而氢燃料电车,兼具卓越的续航性能和行驶性能,所以排放物只有水的氢燃料电池电动车是未来社会终极的环保汽车。可以肯定的是,使用汽油和柴油的汽车会排放出温室气体(GHGs),主要成分是(CO2),会加剧全球气候的变化。而纯氢燃料电池车排放出来的就没有温室气体(GHGs),只有水和热,实现了零排放。
氢燃料电池汽车可以减少我国对国外石油的依赖。由于氢气可以来源于国内的现有资源,比如天然气和煤,也可以来源于可再生资源,比如说水,沼气,农业废弃物等等。这些都将使我们更少地依赖于其他国家,也更不容易受到日益动荡的石油市场的冲击。
在美国,公路汽车排放的空气污染物中明显增加了烟雾有害微粒,但纯氢燃料电池汽车不会排放出任何有害污染物所以燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式——燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
不过目前供租赁售卖的车型不多,同时氢气加油站的地区也是有限的,尤其是在加利福利亚。因此,在燃料电池汽车成功之前,必须克服这些困难。近日,美国fuel economy公布了在美售卖或租赁的3款燃料电池汽车,而这些车仅限于某些地区使用,况且这些地区加氢站的数量有限。
在美可售卖或租赁的3款燃料电池汽车对比表 | |||
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车型 | 2014款本田 FCX Clarity | 2016款现代途胜(FCV) | 2016款丰田 Mirai |
级别 | 中级轿车 | 小型SUV | 紧凑车 |
综合工况(百公里油耗) | 3.99L | 4.70L | 3.56L |
市区工况(百公里油耗) | 4.06L | 4.80L | 3.56L |
高速工况(百公里油耗) | 3.92L | 4.61L | 3.56L |
续航里程(公里) | 372 | 426 | 502 |
使用电池 | 288V 锂离子电池 | 180V 锂离子电池 | 245V 镍锰氢电池 |
电机 | 直流永磁电动机 | 交流电动机 | / |
每年燃料的费用(美元) | / | 1700 | 1250 |
(该表提到的每年燃料电池费用是基于 $5.55/kg氢气和每年约行驶24140km来计算的)
就目前来讲,燃料电池汽车价格比起传统汽车和混合动力汽车相对昂贵,但是近几年内其成本明显有减少,在2014年已经达到$47/KW,更加接近了美国能源部(DEO)2017年的目标($30/KW)。为了能与传统技术相抗衡,燃料电池汽车制造商必须不断降低生产成本,尤其是在燃料电池堆和储氢方面。另外,氢气具有爆炸性,需要对制造和运输环节投入巨资,每一个环节又会增加成本、复杂性和污染。
要使氢气可供消费者使用,其建设设施必须要充分,这个是最最重要的第一步。但目前运输和分配氢气的基础设施还不足以支持对燃料电池汽车的广泛采用。在2013年,美国能源部和其他联邦机构,汽车制造商,政府和学术机构合作研究,找到用于展开氢基础建设的最划算的解决办法。到2015年底,可用的氢气加油站要超过50个,尤其是在加利福利亚。
燃料电池系统耐用性尚比不上内燃机,尤其是在一些温度和湿度变化比较大的地方。不过在近几年里,汽车的耐用性有了显著增加,从29000英里到75000英里,但是专家们认为,要想和汽油车相竞争,150000英里的预期寿命是燃料电池汽车的必要条件。
当一切准备妥当时,还要有人接受才可实施。在燃料电池汽车的实现之前,燃料电池技术要先被消费者所接受。和任何新的汽车技术一样, 在这种技术初次进入市场的时候,消费者对这些车辆的可靠性和安全性有所质疑。所以要想这项新技术大规模地被使用,先要过消费者这关,被它们接受才行。
作为刚刚进入实用化阶段的氢燃料电池技术而言,依旧存在着一些缺点。比如目前加氢站等支持设施也比较稀少,在补充燃料的便利性上还远远不能和燃油车相比。然而,随着技术的进步、基础设施建设的跟进以及新产品的逐步上市,兼顾了环保、性能和实用性的氢燃料电池车或将成为新能源汽车的终极解决方案,从而彻底取代传统内燃机车。我们可以试着想象一下,一个不再提及“气缸”、“排量”、“尾气”的世界,将会是什么样子?