美日氫燃料電池車將進入技術(shù)與市場示范階段

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

美國氫燃料電池車示范項目

　　美國能源部（DOE）國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Lab，NREL）長期從事氫燃料電池車的開發(fā)，該實驗室的Keith Wipke表示，從已經(jīng)實施了5年多的美國氫燃料電池車示范項目的運行情況看，氫燃料電池車進入了一個新的發(fā)展階段。

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

　　具體數(shù)據(jù)如下，2009年，氫燃料電池電堆的耐用性為2000小時，續(xù)航里程超過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(shù)據(jù)將分別達到5000小時、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BP石油和雪佛龍/現(xiàn)代起亞參與了2009年該項目第1代和第2代車/加氫站的示范運行，戴姆勒、通用汽車和空氣產(chǎn)品公司將繼續(xù)參與直到2011年的該項目第1代和第2代車/加氫站的示范運行。該示范項目可從實際用戶的駕駛中收集數(shù)據(jù)并反饋給研發(fā)部門，用于今后氫燃料電池車的開發(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(qū)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(xiàn)場電解、液氫和現(xiàn)場天然氣的重新處理。

　　此外，NREL與NREL（Savannah River National Lab）在2009年對豐田燃料電池混合動力車FCHV-adv進行了開放式公路測試。以豐田美國銷售總部所在地的加利福尼亞Torrance為起點，終點是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，該車的實際續(xù)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）也進行了實際路測，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(xù)航里程達到了830km，比在美國的路測長140km，效率為139km/kg，相當于燃油效率38km/L。

　　FCHV-adv在環(huán)境溫度35℃時可攜帶6kg氫燃料，最高時速達155km/h，可在-30℃低溫時起動。不過，目前該車的租賃價格非常高，為每月84萬日元。

　　日產(chǎn)也在美國加州進行了燃料電池車的實際路測，8輛奇駿燃料電池純電動車（FCV）累計行駛距離超過92萬km。該車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。并希望在今后開發(fā)中將Pt的用量減到每輛車10g。

　　豐田汽車的koichi kojima表示，從現(xiàn)有的分析數(shù)據(jù)上看，純電動車適于乘坐人員少的短途行駛。長距離行駛時，批量生產(chǎn)的燃料電池系統(tǒng)在重量/容量、成本方面比純電動車有巨大的潛在優(yōu)勢（見圖1）。FCHV還可以包括重型卡車在內(nèi)。

圖1 燃料電池系統(tǒng)與純電動車的比較

　　目前，豐田正在開發(fā)中的FCHV成本大約是FCHV-adv的25%，今后要進一步降低到10%。為此，豐田準備：1.簡化燃料電池系統(tǒng)和儲氫罐系統(tǒng)等的設(shè)計，減小燃料電池系統(tǒng)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；將單個電池的材料數(shù)量減少一半；改進安裝和密封方法；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(yīng)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（見圖2）。即使在冰點以下運行，這時產(chǎn)生的水仍會在一定時間內(nèi)保持過冷狀態(tài)（見圖3）。因此，冷起動時需要采取一些避免凍結(jié)的措施：適當清除以減少剩余水量；增加儲水容量；通過氣體控制加快產(chǎn)生熱量的速度，快速提高電堆溫度（見圖4）。

圖2 冰點以下發(fā)電前燃料電池的內(nèi)部情況

圖3 冰點以下發(fā)電時燃料電池的內(nèi)部情況

圖4 快讀提高電堆溫度

　　鑒于豐田的燃料電池車開發(fā)已經(jīng)取得了很大進展，總裁豐田章男2009年8月在其美國汽車研究中心發(fā)表演講時表示，計劃在未來5、6年內(nèi)，為消費者提供價格合理的氫燃料電池汽車。