美日氫燃料電池車將進入技術與市場示范階段

　　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示范階段轉入技術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)航里程等關鍵技術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。

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。

　　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)電前燃料電池的內部情況

圖3 冰點以下發(fā)電時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，為消費者提供價格合理的氫燃料電池汽車。