燃料動(dòng)力鋰電池被認(rèn)為是一種能夠使用于交通運(yùn)輸?shù)南冗M(jìn)能源。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛以及新能源車(chē)輛相比，燃料動(dòng)力鋰電池由于筆直將燃料中的自由能轉(zhuǎn)換為電能，而不經(jīng)歷燃燒過(guò)程，具有高能量效率和排放很低的優(yōu)勢(shì)。但是，燃料動(dòng)力鋰電池也具有一些先天性的缺點(diǎn)，例如，因燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)的低功率密度，導(dǎo)致體積龐大且沉重的電源設(shè)備，較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間和緩慢的功率應(yīng)和。此外，在某些特殊工況，比如在牽引使用中，急劇加速狀態(tài)下極大的功率輸出，以及低速駕駛情況下極低的功率輸出都會(huì)導(dǎo)致其低效率。同時(shí)，最難以沖破的問(wèn)題就是氫氣的儲(chǔ)存方式以及成本問(wèn)題。這些問(wèn)題都妨礙燃料動(dòng)力鋰電池成為將來(lái)新能源車(chē)輛的最佳處理辦法。

不能儲(chǔ)電而是一個(gè)發(fā)電廠(chǎng)

燃料動(dòng)力鋰電池究竟有什么，有何特點(diǎn)?燃料動(dòng)力鋰電池是不是真如奔馳所言能夠替代其他新能源辦法，成為新能源車(chē)輛的最終處理辦法?

燃料動(dòng)力鋰電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能筆直轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料動(dòng)力鋰電池，電就被奇特地加工出來(lái)。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能儲(chǔ)電而是一個(gè)發(fā)電廠(chǎng)。

早在1839年，被譽(yù)為燃料動(dòng)力鋰電池之父的SirWilliamGrove已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)反向的水的電解即可出現(xiàn)電。但是直到1889年，才誕生了第一個(gè)利用空氣和煤氣的實(shí)用燃料動(dòng)力鋰電池?？梢哉f(shuō)燃料動(dòng)力鋰電池是一種原電池，借助于電化學(xué)過(guò)程，其內(nèi)部燃料的化學(xué)能筆直轉(zhuǎn)換為電能。雖然燃料動(dòng)力鋰電池叫電池，但不是通常意義中的電池，準(zhǔn)確的說(shuō)，燃料動(dòng)力鋰電池是一座小型發(fā)電站，能夠在其內(nèi)部通過(guò)化學(xué)方式出現(xiàn)電能。其工作原理如圖1所示，燃料和氧化劑繼續(xù)且獨(dú)立地供給電池的兩個(gè)電極，并在電極處進(jìn)行反應(yīng)，離子通過(guò)電解液從一個(gè)電極傳導(dǎo)至另一個(gè)電極。當(dāng)燃料供給給陽(yáng)極時(shí)，在該電極處，依賴(lài)催化劑，電子從燃料中釋放。隨后，在兩電極間電位差用途下，電子經(jīng)外電路流向陰極或負(fù)極，在陰極處，正離子和氧氣結(jié)合，出現(xiàn)反應(yīng)物或廢氣。

燃料動(dòng)力鋰電池要怎么樣工作?

實(shí)際上，燃料動(dòng)力鋰電池要輔助設(shè)備支持才能維持穩(wěn)定運(yùn)行。輔助設(shè)備緊要包括空氣循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、排氣扇、燃料供應(yīng)泵和電控設(shè)備，如圖2所示。輔助設(shè)備之中，空氣循環(huán)泵的能量消耗最大，其消耗功率(含其驅(qū)動(dòng)電機(jī))約莫可占燃料動(dòng)力鋰電池總輸出功率的10%，其他輔助設(shè)備消耗的能力比空氣循環(huán)泵消耗的能量要小的多?？梢?jiàn)，燃料動(dòng)力鋰電池也如同內(nèi)燃機(jī)相同，其輔助設(shè)備也消耗了部分其自身出現(xiàn)的能量。這也使得燃料動(dòng)力鋰電池不可能擁有人們想象的近乎于100%的高效率。

燃料動(dòng)力鋰電池的種類(lèi)

可以依據(jù)燃料動(dòng)力鋰電池電解質(zhì)的類(lèi)型，將其分類(lèi)為六種緊要的燃料動(dòng)力鋰電池：質(zhì)子交換膜(pEM)或聚合物交換膜燃料動(dòng)力鋰電池(pEMFCs)、堿性染料電池(AFCs)、磷酸燃料動(dòng)力鋰電池(pAFCs)、熔融碳酸鹽燃料動(dòng)力鋰電池(MCFCs)、固態(tài)氧化物燃料動(dòng)力鋰電池(SOFCs)和筆直甲醇燃料動(dòng)力鋰電池(DMFCs)。各類(lèi)燃料動(dòng)力鋰電池的效率、工作溫度以及使用范疇如表1所示。

今朝主流的燃料動(dòng)力鋰電池研究緊要是對(duì)質(zhì)子交換膜燃料的電池的研究，相比起其他燃料動(dòng)力鋰電池，質(zhì)子交換膜具有以下優(yōu)勢(shì)：可低溫運(yùn)行，運(yùn)行溫度為60-100°C;在所有燃料動(dòng)力鋰電池類(lèi)型中，質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池功率密度最高，則為滿(mǎn)足功率需求所需安裝的燃料動(dòng)力鋰電池的體積越小;質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池采用固態(tài)電解質(zhì)，其電解質(zhì)不變化、遷移或從燃料動(dòng)力鋰電池中氣化;在質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池中，因唯一的液體是水，故限定了任何腐蝕的可能性。

技術(shù)壁壘讓燃料動(dòng)力鋰電池不夠完美

氫儲(chǔ)存的問(wèn)題

將燃料動(dòng)力鋰電池使用于新能源車(chē)輛上，其最緊要的難題是將燃料供應(yīng)給車(chē)載燃料動(dòng)力鋰電池。眾所周知，氫是使用于燃料動(dòng)力鋰電池車(chē)的理想燃料。因此，制氫極其儲(chǔ)存是車(chē)載中的緊要的關(guān)注點(diǎn)。通常，有兩種途徑向燃料動(dòng)力鋰電池供應(yīng)燃料：一是在地面供應(yīng)站加工氫氣，而在車(chē)上儲(chǔ)存純氫;另一種是在車(chē)上，從易于含氫的承載裝置中加工氫，并筆直供給燃料動(dòng)力鋰電池。相有關(guān)在車(chē)上制氫，在車(chē)上儲(chǔ)存氫是現(xiàn)階段較為普遍的辦法。但是，由于氫氣本身的性質(zhì)，在技術(shù)上還存在許多要沖破的難點(diǎn)。在車(chē)上儲(chǔ)存氫，有三種方式：1.在環(huán)境溫度下，在貯存器內(nèi)儲(chǔ)存壓縮氫;2.在低溫下，低溫液態(tài)方式儲(chǔ)存;3.金屬氰化物的儲(chǔ)存辦法。其中第1、2種為較為普遍的辦法，但各自也存在許多缺點(diǎn)。同時(shí)，由于篇幅所限，只在此討論第1和第2種辦法。

首先是壓縮氫這種方式，純氫采用加壓狀態(tài)下儲(chǔ)存在罐內(nèi)。依據(jù)資料，約20%的氫能量被消耗在將氫壓縮至高壓的過(guò)程之中，倘若計(jì)算壓縮機(jī)和電機(jī)的低效率后，估算約25%的氫能量被消耗。而且，由于采用高壓的儲(chǔ)存狀態(tài)，貯氣罐由于要承受幾百標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力而要有很高的強(qiáng)度。為了使得罐的重量盡可能地輕，同時(shí)容積合理，就要采用復(fù)合材料，如碳纖維材料，但是，這樣的成本會(huì)十分高。同時(shí)還非得考慮車(chē)載壓縮氫的易燃性。除了因?yàn)樵诠薇凇⒚芊馓幍乳_(kāi)裂導(dǎo)致氫泄露的危險(xiǎn)外，還存在氫穿過(guò)罐壁材料的滲透問(wèn)題。這是由于含兩個(gè)氫原子的分子極小，致使其能擴(kuò)散通過(guò)某些材料。此外，萬(wàn)一失事，壓縮氫貯存罐是一個(gè)潛在的炸彈。就氫本身而言，其危險(xiǎn)性甚至更大。在空氣中，氫具有從4%-77%很寬的爆炸范圍，且可以非常迅速地與空氣混合。與汽油相比，汽油爆炸范圍僅為1%-6%，且為液體。所以，至今為止，車(chē)載壓縮氫的儲(chǔ)存技術(shù)依然是使用于新能源車(chē)輛上的一個(gè)瓶頸。

另一種可供選擇的車(chē)載儲(chǔ)氫辦法是在低溫(-259.2°C)條件下使之液化。倘若想在-259.2°C這樣的低溫下貯存液體，其技術(shù)上是十分困難的。要求深度絕熱，以力求將從周?chē)諝獾降蜏匾后w的熱傳遞減至最小，從而，戒備其沸騰。通常的辦法是構(gòu)造一個(gè)高度絕熱的貯罐，且使之堅(jiān)固地足以承受因液氫氣化所出現(xiàn)的相當(dāng)?shù)膲毫Γ^(guò)量的壓力則通過(guò)安全閥釋放至大氣中。這一貯罐的絕熱、高強(qiáng)度和安全設(shè)置也顯著地新增了液氫儲(chǔ)存的重量和成本。使用液氫儲(chǔ)存存在一個(gè)危險(xiǎn)的情況：倘若車(chē)輛在一個(gè)關(guān)閉區(qū)域(車(chē)庫(kù)、地下停車(chē)場(chǎng))內(nèi)停車(chē)，則存在氫在有限的大氣范圍內(nèi)集中的危險(xiǎn)。這樣所形成的易爆混合氣體在初次出現(xiàn)火花(燈開(kāi)關(guān)、打火機(jī)等)條件下將起爆。液氫貯罐的加注要特殊的防護(hù)措施：空氣非得排除在環(huán)路之外。為此，一般采用的辦法是在加注前先用氮注滿(mǎn)貯罐，以便排空罐中的剩余氣體。同樣，非得使用專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制爆炸和低溫的設(shè)備。同時(shí)，任何低溫液體對(duì)有生命生物是一種危險(xiǎn)的化合物，會(huì)冷凍灼傷皮膚和器官。所以采用低溫液化氫儲(chǔ)存的辦法也存在許多問(wèn)題要處理，同時(shí)還存在一定的危險(xiǎn)性?？梢?jiàn)，低溫車(chē)載儲(chǔ)氫也存在各種問(wèn)題暫時(shí)無(wú)法處理，使得燃料動(dòng)力鋰電池的使用受到了妨礙。

可見(jiàn)，在現(xiàn)階段和不遠(yuǎn)的未來(lái)，不論采用哪種儲(chǔ)氫方式，都會(huì)存在各種各樣的問(wèn)題，這也制約了燃料動(dòng)力鋰電池的發(fā)展。

成本問(wèn)題

由前可知，質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池是較為主流的燃料動(dòng)力鋰電池辦法，同時(shí)也是最有希望供應(yīng)給新能源車(chē)輛使用的。雖然質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池相比于其他燃料動(dòng)力鋰電池，具有很多優(yōu)勢(shì)。但是，質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池也同樣有著制約其成為將來(lái)新能源最佳處理辦法的致命問(wèn)題成本問(wèn)題。例如質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池反應(yīng)時(shí)所使用的催化劑，要使用昂貴的貴金屬鉑來(lái)制造，這使得其成本一直居高不下。另外，由于聚合物膜的成本也很高，使得質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池的造價(jià)很高，并且在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法降低成本。此外，由于鉑催化劑極富活性，在某些情況下，例如吸入的空氣來(lái)自于被污染城市中的大氣時(shí)，就會(huì)發(fā)生毒化效應(yīng)，而毒化效應(yīng)會(huì)大大降低燃料動(dòng)力鋰電池的性能，這使得空氣在進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池前，非得經(jīng)過(guò)解決，這又新增了質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力鋰電池的成本?？梢?jiàn)，成本問(wèn)題也是制約燃料動(dòng)力鋰電池成為將來(lái)新能源車(chē)輛最佳處理辦法的一個(gè)方面。

綜上，雖然燃料動(dòng)力鋰電池具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是從儲(chǔ)氫方式和成本這個(gè)兩個(gè)問(wèn)題上來(lái)看，都存在著很多問(wèn)題，使得燃料動(dòng)力鋰電池在現(xiàn)階段以及將來(lái)無(wú)法大規(guī)模投入使用。將來(lái)，是不是會(huì)出現(xiàn)能夠處理儲(chǔ)氫問(wèn)題的新辦法，是不是會(huì)降低燃料動(dòng)力鋰電池的加工及使用成本，我們不得而知，也許到了那一天，人類(lèi)已經(jīng)找到比燃料動(dòng)力鋰電池更為先進(jìn)、更為環(huán)保的新能源處理辦法了。

誰(shuí)主將來(lái)?

純電動(dòng)汽車(chē)輛?

早在第一輛現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)明后的短短5年后，第一輛電動(dòng)汽車(chē)輛也制造問(wèn)世。倘若不是因?yàn)殡S著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)變得功率更大、更靈活和更易于操縱時(shí)，也許今朝大街上已滿(mǎn)是電動(dòng)汽車(chē)。但是隨著內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)數(shù)量的急劇增多而導(dǎo)致的環(huán)境惡化問(wèn)題，在20世紀(jì)60年代至70年代期間，有關(guān)環(huán)境的憂(yōu)慮又一次觸發(fā)了人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)輛研究的熱情。時(shí)至今日，電動(dòng)汽車(chē)輛已經(jīng)逐漸由概念轉(zhuǎn)為量產(chǎn)。各大汽車(chē)廠(chǎng)商也紛紛公布了自己的電動(dòng)汽車(chē)輛車(chē)型以及發(fā)展計(jì)劃，這其中也包括梅賽德斯奔馳公司的純電動(dòng)版本Smart。電動(dòng)汽車(chē)輛具有許多勝過(guò)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛以及燃料動(dòng)力鋰電池車(chē)輛的優(yōu)勢(shì)，例如簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、零排放、高效率以及靜謐、平順的運(yùn)行狀態(tài)和安全放心的使用狀態(tài)。這些都使得電動(dòng)汽車(chē)輛成為將來(lái)新能源車(chē)輛最佳處理辦法的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。

混合動(dòng)力車(chē)輛?

出乎人們意料的是，混合動(dòng)力車(chē)輛的歷史一點(diǎn)都不比內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛以及電動(dòng)汽車(chē)輛短，在1899年的巴黎美術(shù)展覽上，出現(xiàn)了兩輛分別由法國(guó)公司和比利時(shí)公司加工的混合動(dòng)力車(chē)輛。但是由于電子技術(shù)發(fā)展水平的滯后，以及對(duì)電動(dòng)汽車(chē)輛研究熱情的高漲，直至20世紀(jì)90年代，人們又一次對(duì)混合動(dòng)力車(chē)輛出現(xiàn)了極大的興致，并在不斷的努力下，取得了豐厚的成果。豐田公司的普銳斯，就是這豐厚成果的代表作之一，全球第一款商品化的混合動(dòng)力車(chē)輛，同時(shí)也是第一款商品化的符合當(dāng)今含義的新能源車(chē)輛。而混合動(dòng)力車(chē)輛最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以利用兩個(gè)能量源一個(gè)基本能源和一個(gè)輔助能源，這就使得其同時(shí)具有這個(gè)兩個(gè)能量源的優(yōu)勢(shì)，還能克服這兩個(gè)能量源的缺點(diǎn)。這也使得混合動(dòng)力車(chē)輛更具優(yōu)點(diǎn)。

因此，就目前的狀況看，將來(lái)的汽車(chē)勢(shì)必會(huì)以電能來(lái)驅(qū)動(dòng)，各種新能源的處理辦法之間所不同的只是獲得電能的方式。電動(dòng)汽車(chē)輛則為筆直從外部獲取電能，燃料動(dòng)力鋰電池車(chē)輛及其混合動(dòng)力車(chē)輛則屬于通過(guò)使用車(chē)載發(fā)電裝置來(lái)獲得電能。相比起來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)輛筆直從外部獲得電能的方式具有最高的效率。當(dāng)然，在某些情況時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)輛可能滿(mǎn)足不了使用者對(duì)行駛里程的要求，這時(shí)，使用車(chē)載發(fā)電裝置獲得電能的車(chē)輛就很好地處理了這個(gè)問(wèn)題。然而，就現(xiàn)階段技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)相比起其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，有更多要沖破的難點(diǎn)，這也是造成其無(wú)法成為新能源車(chē)輛的最終處理辦法的原由。最終處理辦法有什么?我們不得而知，也許在未來(lái)的某一天，人類(lèi)光靠使用太陽(yáng)能已經(jīng)能滿(mǎn)足對(duì)能源的需求。

就現(xiàn)階段發(fā)展趨勢(shì)看，燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)相比起其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，有更多要沖破的難點(diǎn)，這也是造成其無(wú)法成為新能源汽車(chē)最終處理辦法的原由。

編者語(yǔ)：

燃料動(dòng)力鋰電池是一種把燃料和電池兩種概念結(jié)合在一起的裝置。它是一種電池，但不需用昂貴的金屬而只用便宜的燃料來(lái)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)就可以。這些燃料的化學(xué)能也通過(guò)一個(gè)步驟就變?yōu)殡娔埽韧ǔＭㄟ^(guò)兩步方式的能量損失少得多。于是，可以為人類(lèi)供應(yīng)的電量也就大大地新增了。

不久前，科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼提出，在將來(lái)五至十年，混合動(dòng)力汽車(chē)將成為傳統(tǒng)汽車(chē)節(jié)能技術(shù)改造、升級(jí)換代的緊要方向，純電動(dòng)汽車(chē)將成為近期發(fā)展戰(zhàn)略的主流，燃料動(dòng)力鋰電池汽車(chē)會(huì)成為將來(lái)的制高點(diǎn)。

而本文作者恰恰持有相反的觀點(diǎn)，到底燃料動(dòng)力鋰電池能否成為新能源汽車(chē)的終結(jié)者，這一將來(lái)的結(jié)論，對(duì)我們來(lái)說(shuō)并非最為緊要。緊要的是在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，我們對(duì)各個(gè)新能源汽車(chē)的類(lèi)別有了深刻的分解和沉思，對(duì)各種能源方式有了全方位認(rèn)知，這樣，無(wú)需待到將來(lái)，我們便已經(jīng)清晰地看到屬于新能源汽車(chē)的光明前景了。