燃料电池新能源汽车的创新分析及研究

郑 振

（武汉软件工程职业学院，湖北 武汉 430205）

前言

燃料电池汽车是随着汽车制造的发展而兴起的，其中燃料电池的发展历史可以追溯到十九世纪初叶，但因为电池性能的原因，并没有获得重视。上世纪九十年代，用于汽车的燃料电池被开发出来，随后，各国政府及各大汽车生产厂商开始重视这一项目的研发。经过多年的潜心研发，日本丰田公司率先取得了突破，并正式在日本开始出售氢燃料电池汽车MIRAI，这是全球首款量产的燃料电池汽车。与纯电动汽车需要长时间充电的特点不同，这款燃料电池汽车在电池内注入氢燃料的时间仅为三分钟，而其续航的里程达到700 公里，但其百公里加速较纯电动汽车要慢一些。

1 燃料电池新能源汽车发展的优势分析

燃料电池新能源汽车中安装的燃料电池，其运行原理十分简单，主要是利用燃料电池中的氢气与空气中的氧气发生化学反应，产生电能，而产生的电能能够驱动电动机的运转，再依靠电动机的运转驱动汽车的前行。这一原理是水电解的逆反应，其发生化学反应后，产生的反应物只有水，真正实现了零排放。在当前的新能源汽车排行争夺战中，纯电动汽车的锂电池还未获得较大的突破，目前处于不上不下的状态，虽然未来发展的前景十分美好，但就目前而言，锂电池纯电动汽车还比不上燃料电池新能源汽车。燃料电池新能源汽车的优点主要如下：

1.1 实现了零排放

燃料电池新能源汽车排放物主要是水，还含有少量的二氧化碳，但二氧化碳的排放量远远低于常规的汽油机汽车的一半。而且，当前全球的发电形式主要是以煤电为主，纯电动汽车充电的时间较长，两肺的电能较多，这就导致纯电动新能源汽车在充电时会产生大量的二氧化碳，因此，燃料电池新能源汽车真实实现了零排放，具有环保的显著特点

1.2 燃料电池能量效率较高

燃料电池中蕴含着高密度的氢燃料，而能量的密度高就意味着：在相同的行驶里程下，氢燃料电池消耗的能量数远远要低于锂电池的能量。同时，燃料电池中的氢燃料与空气中的氧气发生的化学反应是静态反应，而且几乎不损耗任何能量，这就意味着燃料电池的能量效率较高。

1.3 不需要充电的时间

锂电池纯电动汽车推广应用最大的阻碍，就是电池充电的时间较长，这样一来，就会影响到汽车整体的行驶效率，而燃料电池新能源汽车则不需要充电的时间，电池燃料不足，只需要到加氢站冲入氢气即可，而且，电池注入氢气的速度很快，仅需要三分钟即可，与普通内燃机汽车加油的时间几乎相等。

2 燃料电池新能源汽车发展的不足分析

燃料电池新能源汽车虽然具有上述的显著优势，但同时，也具有自身的不足，主要体现在如下几点：

2.1 生产成本高

在实际的生产经营中，生产成本是制约产品量产的重要关卡。因此，燃料电池生产成本高昂是其最大的不足。而造成这一结果的主要因素就是其中蕴含的金属催化剂——铂。而大家都知道，铂是一种十分昂贵的金属，一克的价格就高达250 元，而一辆150kW 的燃料电池新能源汽车大约需要60g 的铂作为催化剂，这就意味着光是这种催化剂的原料费就高达一万五，再加上其他成本，燃料电池的生产成本就显得过高了。

2.2 使用寿命短

除了生产成本高以外，燃料电池中的催化剂——铂，在经过一段时间的使用后，会逐渐损耗，这就意味着燃料电池使用寿命越来越短，从而进一步加大了成本。

2.3 基础设施不完善

在生活中要想加快燃料电池新能源汽车的推广，手电必须建设足够的加氢站。在这方面，美国和日本建设的成绩比较理想，而我国的成绩就显得惨不忍睹了。截止到目前，我国仅在北京、上海等超大型城市中建有几座加氢站，其他城市还未建设加氢站。造成这一局面的原因是加氢站的建设难度较大，成本较高，赢利点较低。据相关统计数据显示，改造加油站增添加氢泵，成本约为100 万美元左右，新建一个加氢泵，成本约为200 万美元，而且制氢的成本也较高，这就导致加氢站的赢利点较低，进而导致我国加氢站的建设成绩不理想。

3 燃料电池新能源汽车创新发展的路径分析

3.1 降低电池生产成本

虽然燃料电池存在着上文阐述的三个不足，但其发展前景十分远大，也是未来新能源汽车发展的方向。就目前而言，燃料电池新能源汽车要想实现创新发展，首先必须解决电池的生产成本问题及使用寿命问题，这两个问题可以并做一个问题，都是降低生产成本，提高运行效率的问题，同时，这也是当前燃料电池新能源汽车发展的重中之重。

因为铂金属是燃料电池新能源汽车成本居高不下的罪魁祸首，要想降低其生产成本，研发人员应从两个方面进行：一是降低催化剂铂金属的使用量，其二就是寻找便宜的能够代替铂金属的催化剂。只要研发人员从这两方面的任何一个方面取得突破，都会降低燃料电池新能源汽车的生产成本。目前，以丰田汽车集团为首的众多汽车生产厂家都在下大力气进行降低铂金属使用量以及寻找代替品的研究，一旦获得突破，燃料电池新能源汽车将会迎来发展的高峰。

3.2 制定统一安全标准

步入二十一世纪以来，我国提出了建设汽车强国的战略目标，强化示范推广以及产业技术储备引导，“十一五”期间，国家提出了节能和新能源汽车战略，政府高度关注新能源汽车的研发和产业化。而在“十二五”的规划中，新能源汽车又被列入加快培育和发展的七大战略性新兴产业之一，获得了政策方面的引导以及资金方面的重点扶持。根据工信部统计数据显示，从2015 年开始，我国市场上新能源汽车的保有量已经处于全球领先的地位。但其中燃料电池新能源汽车销售比率较低，究其原因，价格、安全性以及便利性是阻碍我国燃料电池新能源汽车市场化最重要的一个原因。因此，在今后的发展中，燃料电池新能源汽车必须制定一个统一的安全标准。而在国外，自从2013 年开始，众多汽车生产厂家开发在燃料电池新能源汽车领域发力以来，在日本、美国和欧盟等业界代表的共同努力下，开始了燃料电池车安全标准最终统一方案的制定。我国也应紧跟燃料电池行业发展的形式，制定出统一的燃料电池新能源汽车的安全标准。

3.3 完善基础设施建设

燃料电池新能源汽车虽然具有三个明显的不足，但同时也具有明显的优势，尤其是当前纯电动汽车发展得不上不下，大力发展燃料电池新能源汽车对我国解决能源问题以及环境污染问题，具有十分重要的作用和意义，同时也对促进我国汽车工业可持续发展具有十分重要的意义。目前，国外已经在燃料电池新能源汽车的关键技术方面取得了突破性的进展，我国也应借助国外燃料电池新能源汽车发展的“东风”，做好燃料电池新能源汽车以及纯电动汽车的基础涉及建设。为此，我国各大城市应加快充电站、充电桩以及加氢站的建设，提前铺设好新能源汽车的基础设施，为大范围开展新能源汽车的市场化运作典型良好的基础，同时，这样也能促进我国燃料电池新能源汽车的技术创新和产业化发展。从而促进我国燃料电池新能源汽车的推广与应用，并逐步消除价格和技术方面对燃料电池新能源汽车产业发展的制约。

4 结语

综上所述，目前燃料电池新能源汽车是继纯电动汽车、混合动力新能源汽车之后新能源汽车发展的另一个重要渠道，对于我国汽车行业而言，研发燃料电池新能源汽车能促进我国汽车行业整体的发展与进步。虽然当前燃料电池新能源汽车在发展中尚存在着一定的不足，也面临着一系列的难 题。对此，我国应加大燃料电池新能源汽车技术研发与资金的投入，争取在这一领域取得更好的成绩，这对于我国的汽车行业整体发展而言，将具有十分重要的作用和意义。当然，在实际发展过程中，还要注意对先进技术的应用，加强自主创新，以实现我国新能源汽车行业的进步。