在2013年洛杉矶和东京举办的汽车展上,三家汽车制造商——本田、现代和丰田称,氢燃料汽车有望于2014年春季问世。这个此前仅存在于汽车工程师闲聊中的未来燃料,似乎已经离我们不远了。
氢燃料与汽油、柴油、煤油和天然气等传统碳氢燃料不同,因其不含碳成分而备受关注。因此,氢燃料在燃烧后不会产生含碳的温室气体,2014年燃料电池前景广阔至少在汽车发动机内不会直接产生。然而,如果氢燃料在大气环境中而非纯氧气环境中燃烧,会生成有毒的氮氧化物。这是一种比二氧化碳更具破坏性的温室气体,其对环境的危害更大。
有鉴于此,无需燃烧过程、从氢气中提取化学能的燃料电池进入汽车工程师的视野。燃料电池的工作原理是反向电解。通常电解是用电将水分解成氢和氧,反之把混合的氢氧通过电化学反应生成水,从而产生电流。因此,燃料电池的排放物仅有水蒸气和热量。
以*简单的PEM(质子交换膜)燃料电池为例,在正负两极间,用镀有铂钯催化剂的高分子膜作电解质。燃料箱中的氢被泵入到电池正极,负极则由空气中提取的氧包围着。
由于一个PEM电池只能产生不到1伏的电压,2014年燃料电池前景广阔因此需要做成类似切片面包似的电池组件才可产生有效电压。
数据显示,燃料电池组的效率可以达到内燃机的3—4倍。更重要的是,使用这种燃料电池的主要对象是电动汽车,避免了车体安装笨重的电池,从而解决了电动汽车的两大缺陷:行驶距离较短;充电时间较长。
车载的*新燃料电池,1罐氢气可以保证汽车行驶300英里(约480公里),燃料箱补充水时仅需5分钟。值得注意的是,就像传统电动汽车一样,燃料电池汽车也是零排放汽车(ZEVS)。
燃料电池的另一个优点是其成本下降的速度。目前已耗资几十亿美元的充电电池——锂离子技术,看起来短期不会有太大进展,其发电成本高达2000美元/千瓦。燃料电池在这方面有着极大潜力和优势。
不过,广泛应用PEM的障碍在于电解质成本高,但是如果能找到廉价,性能堪比铂钯电解质,且在氢气里不易受杂质(如二氧化碳)污染的其他替代物,那么这个问题就会迎刃而解。