簡介
汽車是人們生活中的重要交通工具，而汽車排放的尾氣又是造成日益嚴(yán)重的環(huán)境污染的重要原因，為此，人們急需尋找一種代用燃料?？茖W(xué)家經(jīng)過幾十年的精心研究發(fā)現(xiàn)，用氫燃料電池作汽車動力無污染環(huán)境的有害成份。因此，使用氫燃料電池的汽車才是名副其實(shí)的“綠色燃料”汽車。據(jù)報道，在冰島政府的支持下，戴姆勒-克萊斯勒公司和殼牌公司1999年初公布了把這個島國變?yōu)槭澜缟系谝粋€“氫經(jīng)濟(jì)”的國家計(jì)劃--最終用無污染的氫能源取代所有小轎車、公共汽車上使用的柴油和汽油。目前，德國已經(jīng)陸續(xù)推出了各種燃?xì)淦嚒?nbsp;
過去，人們總以為氫氣是一種化學(xué)元素，很少把它作為能源來看待。自從出現(xiàn)了火箭和氫彈之后，氫氣又變成了航天和核武器的重要材料，現(xiàn)在又將其制成氫燃料電池，為人們提供電能。
存在優(yōu)勢
無污染
燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
無噪聲
燃料電池運(yùn)行安靜，噪聲大約只有55dB,相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝，或是在室外對噪聲有限制的地方。
高效率
燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。
應(yīng)用領(lǐng)域
20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就 安裝了這種體積小、容量大的裝置。
工作示意圖
汽車應(yīng)用
20輛中國自主研制的氫燃料電池轎車在同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心舉行赴京發(fā)車儀式，它們將在奧運(yùn)會中投入運(yùn)營。
這20輛氫燃料電池轎車是基于大眾帕薩特領(lǐng)馭車型，通過改制和集成最新一代燃料電池轎車動力系統(tǒng)平臺而成功研發(fā)出來的。它們以氫氣為能源，經(jīng)氫氧化學(xué)反應(yīng)生成水，真正實(shí)現(xiàn)零污染。氫燃料電池轎車加一次氫可跑300多公里，時速達(dá)每小時140~150公里。目前，氫燃料電池轎車比同類型內(nèi)燃機(jī)車重200多公斤，貴5倍以上。
氫燃料電池車的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板(負(fù)極)，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子) 穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板(正極)，而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個電子，只能經(jīng)外部電路，到達(dá)燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時把水(蒸氣)帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動機(jī)供電，再經(jīng)傳動系統(tǒng)、驅(qū)動橋等帶動車輪轉(zhuǎn)動，就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源!
氫燃料電池車的優(yōu)勢毋庸置疑，劣勢也是顯而易見。隨著科技的進(jìn)步，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善，然而成本問題依然是阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大瓶頸。目前氫燃料電池的成本是普通汽油機(jī)的100倍，這個價格是市場所難以承受的。據(jù)悉，這批氫燃料電池車，最大輸出功率高達(dá)60千瓦，燃料消耗僅為每百公里1.2公斤氫氣，大約相當(dāng)于4升93號汽油。
飛機(jī)應(yīng)用
氫燃料電池飛機(jī)技術(shù)局限性
在燃料價格上漲、環(huán)境污染與全球變暖的情況下，對更清潔、更安全、效率更高的交通工具的需求快速增長。
波音的氫燃料電池飛機(jī)帶來技術(shù)突破，但波音(歐洲)研究與技術(shù)部負(fù)責(zé)人埃斯卡蒂說，氫燃料電池可以為小型飛機(jī)提供飛行動力，但不太可能為大型客機(jī)提供主要動力。
波音公司負(fù)責(zé)試飛工作的工程師涅韋斯·拉佩納說，這一技術(shù)可能為大型飛機(jī)提供輔助動力，但這需要技術(shù)突破。波音公司說，將繼續(xù)開發(fā)氫燃料電池的潛力，以改善環(huán)境。
國際能源機(jī)構(gòu)說，推廣使用氫氣和氫燃料電池，可減少石油、天然氣、煤炭這三種可產(chǎn)生溫室氣體的能源消耗。
與普通電池的區(qū)別
干電池、蓄電池是一種儲能裝置，是把電能貯存起來，需要時再釋放出來;而氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。另外，氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成，這是氫燃料電池的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面，還要對電池的化學(xué)反應(yīng)起催化作用。
我國發(fā)展進(jìn)展
2010年6月30日，山東東岳集團(tuán)向全世界宣告，我國自主研發(fā)的氯堿用全氟離子膜、燃料電池膜實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。歷經(jīng)8 年科研攻關(guān)，打破了美國、日本長期對該項(xiàng)技術(shù)的壟斷。與此同時，“東岳”完成的用于制造燃料電池核心材料磺酸樹脂離子膜的年產(chǎn)500噸的生產(chǎn)裝置已經(jīng)建成投產(chǎn)，解決了氫燃料電池生產(chǎn)的重大瓶頸，我國由此成為世界上第二個擁有該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化能力的國家。 30多年來，這一世界尖端技術(shù)一直控制在美國、日本兩國手中。
離子膜，一直是中國人的一個“心結(jié)”?！ 半x子膜”的研制，美國用了15年，而中國僅用了8年。膜為何物，事關(guān)未來能源利用 離子膜的原材料是螢石，螢石主要成分是氟化鈣，屬不可再生的戰(zhàn)略資源，是發(fā)展氟化工的源頭。全球螢石資源儲量約6億噸，我國儲量就占了54%，居全球第一。離子膜是氯堿裝置的核心裝置，而其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的是安裝在電解槽上的全氟離子膜。東岳集團(tuán)稱：“我們自主研制出了兩張膜，一張是氯堿用離子膜。另一張事關(guān)未來能源利用的燃料電池膜，燃料電池膜使我們走在了世界前列。”
