新纪元的到来 聊聊燃料电池汽车那些事（一）

燃料电池技术并不是什么新鲜技术，其基本原理在19世纪末就已被科学家发现了，而其被应用于车辆之上则是在上世纪60年代末。当时，燃料电池汽车的性能和制造成本都无法与当时搭载汽油发动机的汽车相媲美。随着燃料电池技术的不断改进，加上汽车生产商在燃料电池汽车研发上的不断投入，终于有两款燃料电池车型于2014年实现了量产并推向市场，这两款车型分别是现代Tucson FCV以及丰田Mirai。上述两款车型的量产真正把人们带进了燃料电池汽车的新时代。本文将为大家介绍一下燃料电池汽车的发展历程与现状，希望大家能对燃料电池汽车这种新鲜事物有一个更深入的认识。

● 2014年是量产型燃料电池汽车元年

　　2014年6月10日，量产型的现代Tucson FCV正式登陆美国加州市场。该车型通过租赁的方式以499美元（约合人民币3098元）的月租进行出租。该车于今年5月份在英国上市，售价为53105英镑，减去15000英镑的政府补贴，用户只需用38105英镑（约合人民币37.1万元）即可买到一台现代Tucson FCV燃料电池车。

　　丰田Mirai在2014年12月15日上市，欲复制丰田普锐斯的成功。“Mirai”在日语中意为“未来”。丰田寄予Mirai车型的是其对新能源汽车未来的憧憬。在混合动力汽车市场获得一定成绩的丰田欲借助Mirai车型开拓燃料电池汽车这片新蓝海。

　　相比现代Tucson FCV，丰田Mirai在动力性能和续航里程上都有一定的优势。两车的动力系统输出功率已达到甚至超越1.8升自然吸气汽油发动机的水平，加上超过400公里的续航里程，使两车具备了较好的实用性。

● 量产型燃料电池汽车的结构

　　下面以丰田Mirai为例简单介绍一下燃料电池汽车的结构。丰田Mirai是以氢气为燃料的。在燃料电池中，氢气在催化剂的作用下与氧气发生化学反应产生电能。“燃烧”之后的氢气会变成水，该反应过程理论上是无污染的。丰田Mirai的氢燃料存储在高压储氢罐中，该储氢罐采用了碳纤维材质制造，分别位于底盘中部和尾部，总容积为122.4升，充满一次氢气约需3分钟。

　　燃料电池位于前排座椅下方。燃料电池产生的电能直接驱动位于发动机舱的电动机。电动机进行能量回收获得的电能将经过动力控制单元储存在位于车辆尾部的动力电池中。

　　只要给燃料电池不断地供给氢气和氧气，就能源源不断地获得电能，而其产物理论上是完全无污染的水。从丰田Mirai的身上，我们似乎能窥见“只有蓝天、没有雾霾”的未来环保社会景象。而各位可能不知道的是，燃料电池技术的基本原理是在19世纪末发现的。

　　上图装置①是气体电极电池，装置②是一个电解水的装置。该实验装置是为了验证气体电极电池产生了电能。阴极（图中的“-”）和阳极（图中的“+”）上发生的具体化学反应方程式如上图所示。气体电极电池的工作原理为燃料电池的诞生奠定了理论基础。

　　现在最新的燃料电池汽车大多采用质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称为“PEMFC”），结构示意图可参看上图。图中，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质传导氢离子向阴极转移。虽然质子交换膜燃料电池技术比William Robert Grove的气体电极电池晚出现一百多年，但其内在化学反应原理是一致的。

　　我想绝大部分消费者都不会想要拆开自己的燃料电池车的燃料电池看看内部是如何工作的。对于普通消费者来说，我们只需知道燃料电池汽车的燃料电池工作所需的燃料为氢气和氧气，发电后的产物为无污染的水即可。

● 燃料电池技术的实用化

　　20世纪50年代，GE（通用电气）资助了PEMFC质子交换膜燃料电池的研究。上世纪60年代，美国NASA（国家航空航天局）的“阿波罗登月计划”中就是采用燃料电池为太空船提供电力和饮用水的。可见，在那时候，燃料电池已是一种被验证的成熟技术。

　　初期的民用燃料电池发电效率、输出功率、使用寿命、体积等性能参数都远远比不上当时的内燃机，没有出现量产的燃料电池汽车也在情理之中。

　　正是因为燃料电池越来越多地应用于民用领域，燃料电池生产商看到了市场前景，愿意投入资源进行开发，逐步提升了燃料电池的效能并降低制造成本。燃料电池技术的发展浪潮也催生出了如PLUG、Ballard、FuelCell等世界知名燃料电池供应商。