美日氫燃料電池車(chē)將進(jìn)入技術(shù)與市場(chǎng)示范階段

　　在中國，人們從2008年奧運會(huì )和2010年世博會(huì )上都曾先后看到過(guò)燃料電池車(chē)（FCEV）作為公共交通運輸工具的身影。正是由于FCEV具有節能減排的巨大優(yōu)勢，因此，包括美、日在內的全球各國都在投入巨資進(jìn)行開(kāi)發(fā)，且已有不少成功的示范案例。美日氫燃料電池車(chē)將從目前單純技術(shù)示范階段轉入技術(shù)與市場(chǎng)綜合示范階段。

美國氫燃料電池車(chē)示范項目

　　美國能源部（DOE）國家可再生能源實(shí)驗室（National Renewable Energy Lab，NREL）長(cháng)期從事氫燃料電池車(chē)的開(kāi)發(fā)，該實(shí)驗室的Keith Wipke表示，從已經(jīng)實(shí)施了5年多的美國氫燃料電池車(chē)示范項目的運行情況看，氫燃料電池車(chē)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。

　　據該實(shí)驗室的統計數據，參與此項目的氫燃料電池車(chē)已經(jīng)累計行駛了114000小時(shí)，總里程達460萬(wàn)km。加氫站共提供了134000kg氫燃料。氫燃料電池耐用性和續航里程等關(guān)鍵技術(shù)指標滿(mǎn)足了美國能源部提出的要求。

　　具體數據如下，2009年，氫燃料電池電堆的耐用性為2000小時(shí)，續航里程超過(guò)400km，加氫站的加氫成本為3美元/GGE(Gallons of Gasoline Equivalent，相當于一加侖（約3.87L）汽油的能量)。2015年上述數據將分別達到5000小時(shí)、480km、2~3美元/GGE。燃料消耗率將從目前的1kg/min提高到2012年的約1.7kg/min。

　　福特/英國B(niǎo)P石油和雪佛龍/現代起亞參與了2009年該項目第1代和第2代車(chē)/加氫站的示范運行，戴姆勒、通用汽車(chē)和空氣產(chǎn)品公司將繼續參與直到2011年的該項目第1代和第2代車(chē)/加氫站的示范運行。該示范項目可從實(shí)際用戶(hù)的駕駛中收集數據并反饋給研發(fā)部門(mén)，用于今后氫燃料電池車(chē)的開(kāi)發(fā)。

　　在全美58座加氫站中，舊金山、洛杉磯、底特律、華盛頓和紐約地區占33座。其中24座示范站中的15座目前仍在運行。絕大部分示范站以壓縮氫為主，此外還提供現場(chǎng)電解、液氫和現場(chǎng)天然氣的重新處理。

　　此外，NREL與NREL（Savannah River National Lab）在2009年對豐田燃料電池混合動(dòng)力車(chē)FCHV-adv進(jìn)行了開(kāi)放式公路測試。以豐田美國銷(xiāo)售總部所在地的加利福尼亞Torrance為起點(diǎn)，終點(diǎn)是San Diego。平均行駛距離為530km，考慮到最后所剩的氫燃料還可行駛約160km，因此，該車(chē)的實(shí)際續航里程約為690km。

豐田FCHV和日產(chǎn)FCV異曲同工

　　豐田FCHV-adv在日本的東京到大阪間（560km）也進(jìn)行了實(shí)際路測，由于高壓氫罐的壓力從35MPa提高到70MPa，及其他各種效率因素的提升，續航里程達到了830km，比在美國的路測長(cháng)140km，效率為139km/kg，相當于燃油效率38km/L。

　　FCHV-adv在環(huán)境溫度35℃時(shí)可攜帶6kg氫燃料，最高時(shí)速達155km/h，可在-30℃低溫時(shí)起動(dòng)。不過(guò)，目前該車(chē)的租賃價(jià)格非常高，為每月84萬(wàn)日元。

　　日產(chǎn)也在美國加州進(jìn)行了燃料電池車(chē)的實(shí)際路測，8輛奇駿燃料電池純電動(dòng)車(chē)（FCV）累計行駛距離超過(guò)92萬(wàn)km。該車(chē)采用了金屬隔片和改良膜，使功率密度增加了1倍，電極催化劑材料Pt的用量減少了一半。并希望在今后開(kāi)發(fā)中將Pt的用量減到每輛車(chē)10g。

　　豐田汽車(chē)的koichi kojima表示，從現有的分析數據上看，純電動(dòng)車(chē)適于乘坐人員少的短途行駛。長(cháng)距離行駛時(shí)，批量生產(chǎn)的燃料電池系統在重量/容量、成本方面比純電動(dòng)車(chē)有巨大的潛在優(yōu)勢（見(jiàn)圖1）。FCHV還可以包括重型卡車(chē)在內。

圖1 燃料電池系統與純電動(dòng)車(chē)的比較

　　目前，豐田正在開(kāi)發(fā)中的FCHV成本大約是FCHV-adv的25%，今后要進(jìn)一步降低到10%。為此，豐田準備：1.簡(jiǎn)化燃料電池系統和儲氫罐系統等的設計，減小燃料電池系統尺寸和重量。例如，將電流密度提高1倍，以減小一半的電極面積；將單個(gè)電池的材料數量減少一半；改進(jìn)安裝和密封方法；減少電極催化劑材料Pt的用量。2.提高材料耐久性，降低材料成本。例如，電解質(zhì)膜、隔膜（包括表面處理）和GDL(Gas Diffusion Layer，氣體擴散層)等；與材料供應商共同降低FCHV的材料成本。3.提高燃料電池電堆和儲氫罐等的生產(chǎn)技術(shù)。

　　此外，對于冰點(diǎn)溫度以下燃料電池的工作情況，豐田的koichi kojima表示，由于發(fā)電停止后，氣體擴散不夠充分，因此產(chǎn)生的水通常聚集在肋板下面（見(jiàn)圖2）。即使在冰點(diǎn)以下運行，這時(shí)產(chǎn)生的水仍會(huì )在一定時(shí)間內保持過(guò)冷狀態(tài)（見(jiàn)圖3）。因此，冷起動(dòng)時(shí)需要采取一些避免凍結的措施：適當清除以減少剩余水量；增加儲水容量；通過(guò)氣體控制加快產(chǎn)生熱量的速度，快速提高電堆溫度（見(jiàn)圖4）。

圖2 冰點(diǎn)以下發(fā)電前燃料電池的內部情況

圖3 冰點(diǎn)以下發(fā)電時(shí)燃料電池的內部情況

圖4 快讀提高電堆溫度

　　鑒于豐田的燃料電池車(chē)開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，總裁豐田章男2009年8月在其美國汽車(chē)研究中心發(fā)表演講時(shí)表示，計劃在未來(lái)5、6年內，為消費者提供價(jià)格合理的氫燃料電池汽車(chē)。