1 概述

　　隨著世界汽車工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，汽車工業(yè)在世界經(jīng)濟發(fā)展中的地位越來越突出，汽車工業(yè)已成為現(xiàn)代經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，并對世界經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步產(chǎn)生巨大的作用和深遠(yuǎn)的影響。

　　燃料電池發(fā)電是繼水力、火力和核能發(fā)電等之后的新一代發(fā)電技術(shù)。它是一種不經(jīng)過燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝нB續(xù)發(fā)電裝置。因這種裝置的基本原理是原電池反應(yīng)而不涉及到燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，理論效率可達90% ,實際使用效率則是普通內(nèi)燃機的2 ～3 倍。另外,它還具有燃料多樣性、噪音低、對環(huán)境污染小、可靠性與維修性好等優(yōu)點。燃料電池作為新一代汽車動力源，已被世界各大工業(yè)國視為戰(zhàn)略產(chǎn)品。

　　氫被稱為“21世紀(jì)的能源”，是今后世界、也是我國解決面臨的能源危機的一條重要途徑?？茖W(xué)家和社會學(xué)家預(yù)言，下一次工業(yè)革命將從氫能源開始，現(xiàn)在全世界的科學(xué)家都在積極尋求一種既清潔又無污染的能源，氫是科學(xué)家們看好的最理想的燃料。隨著以氫為主要燃料的燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品不斷發(fā)展，并逐步進入推廣和應(yīng)用階段。世界各主要國家都已認(rèn)識到氫燃料電池技術(shù)潛在的巨大市場,紛紛斥巨資進行技術(shù)開發(fā)，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，氫燃料電池技術(shù)將給人類社會的建設(shè)和發(fā)展帶來積極影響。

　　中國對發(fā)展燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)高度重視，已出臺了一系列計劃和政策?？萍疾恳褜⑷剂?a class="contentlabel" href="http://cafeforensic.com/news/listbylabel/label/電池汽車">電池汽車列入“十五”期間的“863”關(guān)鍵高科技攻關(guān)項目之一。研發(fā)燃料電池汽車，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)汽車工業(yè)，實現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越發(fā)展，目前已面臨著極佳的機遇。

　　2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　2.1　國外發(fā)展?fàn)顩r

　　20世紀(jì)90年代以來，燃料電池技術(shù)在全球的開發(fā)活動異?；钴S。以日本、美國和歐盟為代表的主要國家和地區(qū)，特別是豐田、寶馬、通用、本田、大眾等主要汽車廠商根據(jù)本國和公司的實際情況，先后采取了不同的

　　當(dāng)前，世界20多個國家的1 000多家公司和機構(gòu)正投入巨資加緊進行燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品的研究與商業(yè)化工作。截至2005年12月，已有14500多個燃料電池系統(tǒng)安裝在世界各地，分布于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。圖1 為《Fuel Cell Today》網(wǎng)絡(luò)雜志2005年底對全球燃料電池安裝數(shù)量所做的一個調(diào)查結(jié)果。圖2為2005年不同技術(shù)類型的燃料電池安裝數(shù)量比例餅圖。

　　日本在混合動力汽車方面技術(shù)最為先進；美國將新能源汽車" title="新能源汽車">新能源汽車" title="新能源汽車">新能源汽車" title="新能源汽車">新能源汽車" title="新能源汽車">新能源汽車研發(fā)重點放在氫能和燃料電池汽車，同時大力推動生物燃料汽車的產(chǎn)業(yè)化。美國加州已頒布的汽車排放法規(guī)要求在2003年加州出售的所有汽車中，零排放車的數(shù)量必須占到10%;歐洲在混合動力、純電動汽車、氫能和燃料電池汽車方面都有設(shè)計，在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域也大力推廣生物燃料汽車；巴西在生物燃料汽車應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先水平，是目前最大的乙醇汽油和生物柴油汽車應(yīng)用國家之一；挪威和加拿大積極發(fā)展氫能源,提出了建設(shè)“氫高速公路”計劃，并已經(jīng)取得了重要進展。

　　按現(xiàn)在的發(fā)展速度看，燃料電池電動汽車批量生產(chǎn)階段越來越近，本世紀(jì)可提前實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化。預(yù)計到2010 年，燃料電池在價格上將具備與內(nèi)燃機競爭的能力。屆時美國市場上以燃料電池為動力的機動車將占美國汽車市場4%的份額,日本和西歐燃料電池汽車將分別占市場份額的15%和17%。到2020 年，燃料電池汽車將占世界汽車市場的25 %。

　　2.2　國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

　　我國新能源汽車總體上起步較晚，與世界先進水平存在較大差距，但在部分領(lǐng)域也處于較為先進的水平。目前我國在混合動力、氫能和燃料電池汽車方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進水平，沒有在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域取得重要突破。在純電動汽車和二甲醚汽車方面，我國已經(jīng)成功研發(fā)一系列轎車和客車產(chǎn)品，并進行了示范運行和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展嘗試，步入了國際領(lǐng)先行列。

　　我國在產(chǎn)業(yè)政策制定方面起步也較晚，從2001年起，為維護我國能源安全，改善大氣環(huán)境，提高加入WTO后我國汽車工業(yè)的競爭力，經(jīng)過多方論證和廣泛征求意見，中國科技部在“十五”國家863計劃中啟動了國家、地方和企業(yè)配套資金合計約16億元人民幣的電動汽車重大科技專項。盡管從目前來看中國產(chǎn)業(yè)政策的績效尚難以評估，但是與美國、歐盟和日本等發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)政策相比較，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策仍存在很大的改進空間。

　　3 新能源汽車技術(shù)

　　隨著石油資源逐漸短缺，扭轉(zhuǎn)目前以石油為主的能源利用格局，實現(xiàn)能源多樣化成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢。世界各國政府已清醒地認(rèn)識到這一點，紛紛撥款用于技術(shù)開發(fā)，并制定了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)計劃。各大汽車公司和相關(guān)企業(yè)、科研機構(gòu)都加大了研發(fā)投入，加緊研究開發(fā)，并紛紛推出了一些具有先進技術(shù)的代表車型，其中涉及燃料電池電動汽車混合動力電動汽車以及其他生物能源汽車。尤其是自2004年年初，原油價格的一路狂飆使成品油價格隨之上漲，很多汽車行業(yè)專家紛紛表示，高油價正在為更環(huán)保、更省油的新能源汽車帶來一個千載難逢的發(fā)展契機，世界汽車工業(yè)有望從此加速擺脫對石油的依賴和對環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，從而進入一個清潔能源時代。

　　3.1　燃料電池汽車

　　燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效( 50% ～80% ) 、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池具有其他能量發(fā)生裝置不可比擬的優(yōu)越性：能量轉(zhuǎn)換效率高；高可靠性;良好的環(huán)境效益。

　　燃料電池汽車所使用的燃料包括氫、甲醇、汽油和柴油。通用汽車公司已研制成功使用液氫燃料電池產(chǎn)生動力的零排放概念車“氫動一號”，該車加速快、操作靈活，從0 ～100 km 加速僅16 秒,最高時速可達140 km，續(xù)馳里程400 km?？諝猱a(chǎn)品公司、普拉克斯公司作為領(lǐng)先的液氫供應(yīng)商，其供氫站已經(jīng)可為氫燃料電池汽車供應(yīng)24 ～34 Mpa的液氫。由于氫燃料電池具有零排放等其他燃料不具備的優(yōu)點，目前研究的重點主要是氫燃料電池。

　　與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和混合動力汽車相比，燃料電池汽車具有無污染、“零排放”、高能量效率、低噪音、良好的動力及操控系統(tǒng)等優(yōu)點。

　　3.2　混合動力汽車

　　經(jīng)過10多年的發(fā)展，混合動力系統(tǒng)已從原來發(fā)動機與電機離散結(jié)構(gòu)向發(fā)動機電機和變速箱一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展，即集成化混合動力總成系統(tǒng)?；旌蟿恿ζ囀莻鹘y(tǒng)內(nèi)燃機汽車與電動汽車相結(jié)合的產(chǎn)物，它繼承了電動汽車低排放的優(yōu)點，又發(fā)揮了石油燃料高的比能量和比功率的優(yōu)點，顯著改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的排放和燃油經(jīng)濟性，增加了電動汽車的續(xù)駛里程，在由內(nèi)燃機汽車向電動汽車的轉(zhuǎn)變過程中扮演著重要的角色。

　　電池是混合動力汽車的關(guān)鍵部件之一。目前HEV電池的主流產(chǎn)品是鎳氫電池，主要的生產(chǎn)廠商是日本三洋和松下公司，美國的生產(chǎn)廠商Eobasys,Johnson Control SAFT等公司也先后加入到鎳氫電池的研發(fā)和銷售。鎳氫電池具有高能量、高功率、長壽命、較好的高低溫性能、比較容易進行串并聯(lián)組合等特點，目前大部分商業(yè)化的HEV基本都是采用鎳氫電池。鋰電池目前尚處于研究改進和使用階段，其主要優(yōu)勢在于具有較高的比能量，可以使電池做得更小、更輕；具有較好的充放電效率和低的自放電率，可以提高電池的能量效率，具有較大的潛在降價空間。

　　3.3　其他能源汽車

　　使用醇類作為能源的汽車主要是乙醇汽車，乙醇汽車使用的燃料是乙醇汽油。乙醇汽油是一種由糧食及各種植物纖維加工而成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配的替代能源。乙醇汽油可有效地改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等主要污染物的排放，而且它對機動車的行駛性能也沒有影響。

　　戴姆勒克萊斯勒公司推出的NECAR 5 汽車堪稱是燃料電池技術(shù)的里程碑。這種燃料電池動力汽車在美國已完成了4831 km行車試驗。NECAR 5是戴姆勒- 克萊斯勒公司開發(fā)的第5代燃料電池汽車，由Ballard 燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)帶動，該系統(tǒng)包括車載甲醇轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化器從液體甲醇抽取氫氣驅(qū)動燃料電池。在穿越美國的行車試驗中，汽車每行駛48311 km，用克萊斯勒分配器配給的甲醇補加一次燃料。

　　生物柴油是指利用植物油和動物脂肪等可再生的資源與甲醇的進行酷交換而形成的長鏈脂肪酸甲脂混合物，是一種可以部分替代