燃料電池新能源汽車的創(chuàng)新分析及研究

鄭 振

（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

前言

燃料電池汽車是隨著汽車制造的發(fā)展而興起的，其中燃料電池的發(fā)展歷史可以追溯到十九世紀(jì)初葉，但因?yàn)殡姵匦阅艿脑?，并沒有獲得重視。上世紀(jì)九十年代，用于汽車的燃料電池被開發(fā)出來，隨后，各國政府及各大汽車生產(chǎn)廠商開始重視這一項(xiàng)目的研發(fā)。經(jīng)過多年的潛心研發(fā)，日本豐田公司率先取得了突破，并正式在日本開始出售氫燃料電池汽車MIRAI，這是全球首款量產(chǎn)的燃料電池汽車。與純電動(dòng)汽車需要長時(shí)間充電的特點(diǎn)不同，這款燃料電池汽車在電池內(nèi)注入氫燃料的時(shí)間僅為三分鐘，而其續(xù)航的里程達(dá)到700 公里，但其百公里加速較純電動(dòng)汽車要慢一些。

1 燃料電池新能源汽車發(fā)展的優(yōu)勢分析

燃料電池新能源汽車中安裝的燃料電池，其運(yùn)行原理十分簡單，主要是利用燃料電池中的氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能，而產(chǎn)生的電能能夠驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，再依靠電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)汽車的前行。這一原理是水電解的逆反應(yīng)，其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，產(chǎn)生的反應(yīng)物只有水，真正實(shí)現(xiàn)了零排放。在當(dāng)前的新能源汽車排行爭奪戰(zhàn)中，純電動(dòng)汽車的鋰電池還未獲得較大的突破，目前處于不上不下的狀態(tài)，雖然未來發(fā)展的前景十分美好，但就目前而言，鋰電池純電動(dòng)汽車還比不上燃料電池新能源汽車。燃料電池新能源汽車的優(yōu)點(diǎn)主要如下：

1.1 實(shí)現(xiàn)了零排放

燃料電池新能源汽車排放物主要是水，還含有少量的二氧化碳，但二氧化碳的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)的汽油機(jī)汽車的一半。而且，當(dāng)前全球的發(fā)電形式主要是以煤電為主，純電動(dòng)汽車充電的時(shí)間較長，兩肺的電能較多，這就導(dǎo)致純電動(dòng)新能源汽車在充電時(shí)會產(chǎn)生大量的二氧化碳，因此，燃料電池新能源汽車真實(shí)實(shí)現(xiàn)了零排放，具有環(huán)保的顯著特點(diǎn)

1.2 燃料電池能量效率較高

燃料電池中蘊(yùn)含著高密度的氫燃料，而能量的密度高就意味著：在相同的行駛里程下，氫燃料電池消耗的能量數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)要低于鋰電池的能量。同時(shí)，燃料電池中的氫燃料與空氣中的氧氣發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是靜態(tài)反應(yīng)，而且?guī)缀醪粨p耗任何能量，這就意味著燃料電池的能量效率較高。

1.3 不需要充電的時(shí)間

鋰電池純電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用最大的阻礙，就是電池充電的時(shí)間較長，這樣一來，就會影響到汽車整體的行駛效率，而燃料電池新能源汽車則不需要充電的時(shí)間，電池燃料不足，只需要到加氫站沖入氫氣即可，而且，電池注入氫氣的速度很快，僅需要三分鐘即可，與普通內(nèi)燃機(jī)汽車加油的時(shí)間幾乎相等。

2 燃料電池新能源汽車發(fā)展的不足分析

燃料電池新能源汽車雖然具有上述的顯著優(yōu)勢，但同時(shí)，也具有自身的不足，主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

2.1 生產(chǎn)成本高

在實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)營中，生產(chǎn)成本是制約產(chǎn)品量產(chǎn)的重要關(guān)卡。因此，燃料電池生產(chǎn)成本高昂是其最大的不足。而造成這一結(jié)果的主要因素就是其中蘊(yùn)含的金屬催化劑——鉑。而大家都知道，鉑是一種十分昂貴的金屬，一克的價(jià)格就高達(dá)250 元，而一輛150kW 的燃料電池新能源汽車大約需要60g 的鉑作為催化劑，這就意味著光是這種催化劑的原料費(fèi)就高達(dá)一萬五，再加上其他成本，燃料電池的生產(chǎn)成本就顯得過高了。

2.2 使用壽命短

除了生產(chǎn)成本高以外，燃料電池中的催化劑——鉑，在經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，會逐漸損耗，這就意味著燃料電池使用壽命越來越短，從而進(jìn)一步加大了成本。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施不完善

在生活中要想加快燃料電池新能源汽車的推廣，手電必須建設(shè)足夠的加氫站。在這方面，美國和日本建設(shè)的成績比較理想，而我國的成績就顯得慘不忍睹了。截止到目前，我國僅在北京、上海等超大型城市中建有幾座加氫站，其他城市還未建設(shè)加氫站。造成這一局面的原因是加氫站的建設(shè)難度較大，成本較高，贏利點(diǎn)較低。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，改造加油站增添加氫泵，成本約為100 萬美元左右，新建一個(gè)加氫泵，成本約為200 萬美元，而且制氫的成本也較高，這就導(dǎo)致加氫站的贏利點(diǎn)較低，進(jìn)而導(dǎo)致我國加氫站的建設(shè)成績不理想。

3 燃料電池新能源汽車創(chuàng)新發(fā)展的路徑分析

3.1 降低電池生產(chǎn)成本

雖然燃料電池存在著上文闡述的三個(gè)不足，但其發(fā)展前景十分遠(yuǎn)大，也是未來新能源汽車發(fā)展的方向。就目前而言，燃料電池新能源汽車要想實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展，首先必須解決電池的生產(chǎn)成本問題及使用壽命問題，這兩個(gè)問題可以并做一個(gè)問題，都是降低生產(chǎn)成本，提高運(yùn)行效率的問題，同時(shí)，這也是當(dāng)前燃料電池新能源汽車發(fā)展的重中之重。

因?yàn)殂K金屬是燃料電池新能源汽車成本居高不下的罪魁禍?zhǔn)祝虢档推渖a(chǎn)成本，研發(fā)人員應(yīng)從兩個(gè)方面進(jìn)行：一是降低催化劑鉑金屬的使用量，其二就是尋找便宜的能夠代替鉑金屬的催化劑。只要研發(fā)人員從這兩方面的任何一個(gè)方面取得突破，都會降低燃料電池新能源汽車的生產(chǎn)成本。目前，以豐田汽車集團(tuán)為首的眾多汽車生產(chǎn)廠家都在下大力氣進(jìn)行降低鉑金屬使用量以及尋找代替品的研究，一旦獲得突破，燃料電池新能源汽車將會迎來發(fā)展的高峰。

3.2 制定統(tǒng)一安全標(biāo)準(zhǔn)

步入二十一世紀(jì)以來，我國提出了建設(shè)汽車強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)，強(qiáng)化示范推廣以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)儲備引導(dǎo)，“十一五”期間，國家提出了節(jié)能和新能源汽車戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。而在“十二五”的規(guī)劃中，新能源汽車又被列入加快培育和發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，獲得了政策方面的引導(dǎo)以及資金方面的重點(diǎn)扶持。根據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，從2015 年開始，我國市場上新能源汽車的保有量已經(jīng)處于全球領(lǐng)先的地位。但其中燃料電池新能源汽車銷售比率較低，究其原因，價(jià)格、安全性以及便利性是阻礙我國燃料電池新能源汽車市場化最重要的一個(gè)原因。因此，在今后的發(fā)展中，燃料電池新能源汽車必須制定一個(gè)統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)。而在國外，自從2013 年開始，眾多汽車生產(chǎn)廠家開發(fā)在燃料電池新能源汽車領(lǐng)域發(fā)力以來，在日本、美國和歐盟等業(yè)界代表的共同努力下，開始了燃料電池車安全標(biāo)準(zhǔn)最終統(tǒng)一方案的制定。我國也應(yīng)緊跟燃料電池行業(yè)發(fā)展的形式，制定出統(tǒng)一的燃料電池新能源汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

燃料電池新能源汽車雖然具有三個(gè)明顯的不足，但同時(shí)也具有明顯的優(yōu)勢，尤其是當(dāng)前純電動(dòng)汽車發(fā)展得不上不下，大力發(fā)展燃料電池新能源汽車對我國解決能源問題以及環(huán)境污染問題，具有十分重要的作用和意義，同時(shí)也對促進(jìn)我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。目前，國外已經(jīng)在燃料電池新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破性的進(jìn)展，我國也應(yīng)借助國外燃料電池新能源汽車發(fā)展的“東風(fēng)”，做好燃料電池新能源汽車以及純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)涉及建設(shè)。為此，我國各大城市應(yīng)加快充電站、充電樁以及加氫站的建設(shè)，提前鋪設(shè)好新能源汽車的基礎(chǔ)設(shè)施，為大范圍開展新能源汽車的市場化運(yùn)作典型良好的基礎(chǔ)，同時(shí)，這樣也能促進(jìn)我國燃料電池新能源汽車的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。從而促進(jìn)我國燃料電池新能源汽車的推廣與應(yīng)用，并逐步消除價(jià)格和技術(shù)方面對燃料電池新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約。

4 結(jié)語

綜上所述，目前燃料電池新能源汽車是繼純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力新能源汽車之后新能源汽車發(fā)展的另一個(gè)重要渠道，對于我國汽車行業(yè)而言，研發(fā)燃料電池新能源汽車能促進(jìn)我國汽車行業(yè)整體的發(fā)展與進(jìn)步。雖然當(dāng)前燃料電池新能源汽車在發(fā)展中尚存在著一定的不足，也面臨著一系列的難 題。對此，我國應(yīng)加大燃料電池新能源汽車技術(shù)研發(fā)與資金的投入，爭取在這一領(lǐng)域取得更好的成績，這對于我國的汽車行業(yè)整體發(fā)展而言，將具有十分重要的作用和意義。當(dāng)然，在實(shí)際發(fā)展過程中，還要注意對先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)我國新能源汽車行業(yè)的進(jìn)步。