1. 5 質(zhì)子交換膜燃料電池（ PEMFC）

　　PEMFC 的優(yōu)點(diǎn)是以固體物質(zhì)（聚合物膜） 為電解質(zhì)， 易操作無(wú)腐蝕， 結(jié)構(gòu)緊湊， 耐沖擊振動(dòng)， 工作溫度低（80 ℃） ， 易常溫起動(dòng)， 具有比其他類型燃料電池更高的功率密度， 比蓄電池電動(dòng)車行駛距離長(zhǎng)。90 年代以來(lái)成為各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相開發(fā)的電動(dòng)車用電池。加、美、日、德等國(guó)處于領(lǐng)先地位，其中以加拿大巴拉德（Ballard） 公司（BPS） 最先進(jìn)。迄今加拿大的BPS 公司已開發(fā)了3 代PEMFC 電動(dòng)車電池［9 ］ ：

　　第1 代： PEMFC 電堆MK5 ， 單體平均工作電壓0. 57V 時(shí)可輸出功率5kW， 功率密度為150W/ kg ，150W/ L ， 24 個(gè)電堆構(gòu)成PEMFC 電池發(fā)動(dòng)機(jī)用于1993 年世界第一輛PEMFC 電動(dòng)公共汽車， 總功率43kW， 車長(zhǎng)9. 8m， 載客20 人， 一次加燃料行駛160km，起動(dòng)時(shí)間20S ，時(shí)速48km，最高時(shí)速72km.

　　第2 代MK513 ， 單體平均工作電壓為0. 58V時(shí)可輸出功率13kW，功率密度300W/ kg ，300W/ L ，20個(gè)電堆串聯(lián)構(gòu)成總功率200kW以上的PEMFC 發(fā)動(dòng)機(jī)， 相當(dāng)于常規(guī)公交車所裝柴油機(jī)功率并占有與柴油機(jī)相同的體積。不僅提供行車動(dòng)力而且提供照明， 空調(diào)用電。以存放于車身頂部的高壓貯氫為燃料，氫瓶壓力21MPa ，一次加燃料可行駛400km，載客60 人，最高時(shí)速95km.

　　第3 代MK7 ， 單體平均工作電壓0. 68V時(shí)可輸出功率32. 3kW，功率密度700W/ kg ，1 000W/ L ，已滿足并超過(guò)汽車制造商、美國(guó)能源部及PNGV（ Partnership for a New Generation Vehicle） 所確定的研制目標(biāo)。

　　目前，美、日、德等國(guó)大汽車公司都致力于PEM2FC 電動(dòng)車的開發(fā)，而且?guī)缀醵际怯眉幽么驜PS 公司開發(fā)的PEMFC 電堆，實(shí)用化PEMFC 電堆水平如下：

　?。?） 用純H2 為燃料： 70kWBPS/ Daimler2Benz 電堆，正在進(jìn)行車上試驗(yàn)， （NECAR 4 ， 4 座小轎車） ，采用7kg 液態(tài)H2 ，可行駛450km，效率36 %.這是由于使用液態(tài)H2 必需有一定泄漏量。實(shí)際PEMFC 電堆的性能是0. 7kW/ kg ，1kW/ L ，轉(zhuǎn)換效率65 % ，系統(tǒng)效率45 %~50 %.

　?。?） 用重整氣為燃料30kWBPS/ GM電堆， 達(dá)到水平為0. 3kW/ L ， 0. 25kW/ kg ， 使用甲醇轉(zhuǎn)化氫，含CO 15 ×10- 6 。

　　（3） 低Pt 載量10kW MTI（美國(guó)機(jī)械技術(shù)公司）電堆， Pt 載量0. 17mg/ cm2 ， 純H2 為燃料， 演示性能850mA/ cm2 ，0. 6V;功率密度0. 25kW/ kg.

　　PEMFC 電動(dòng)車的演示成功， 說(shuō)明在技術(shù)上已取得突破， 性能上已可與燃油汽車相比。目前商品化的障礙是價(jià)格及氫源問(wèn)題。為此PNGV擬定了技術(shù)及價(jià)格目標(biāo)：

　?。?） 市區(qū)及高速公路混合行駛， 燃料電池系統(tǒng)效率55 %（LHV）

　?。?） 比功率：0. 4kW/ kg ，0. 4kW/ L

　　（3） 成本：

　　＄30/ kW（電堆）

　　＄60/ kW（系統(tǒng)）

　?。?） 啟動(dòng)時(shí)間：30s （滿功率）

　?。?） 壽命：5 000h 和160 000km

　　降低價(jià)格的措施為降低鉑載量， 已由0. 4mg/ cm2降至0. 13mg/ cm2 ， 并將繼續(xù)降低至0. 1mg/ cm2 ，0. 05~0. 025mg/ cm2 ; 降低PEM膜價(jià)格： 已由＄700/m2 降至＄50/ m2 相當(dāng)于＄10/ kW（0. 65V） 和＄17/ kW（0. 75V） ; 降低集流板價(jià)格， 目前機(jī)加工石墨板造價(jià)是電堆造價(jià)的60 % ， 措施是用不銹鋼表面改性、輕金屬鍍鈦或炭黑聚合物模壓復(fù)合材料（ 電阻率《 0. 01Ωcm2） 以及研究膜電極組件的大規(guī)模生產(chǎn)工藝等。

　　為了將來(lái)不必大規(guī)模改造當(dāng)前汽車燃料的供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施， 各大汽車公司正集中力量研究車載重整器如小型高集成重整器， 可用汽油， 甲醇、乙醇等以及部份氧化甲醇重整器， 優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須加熱， 直接加入甲醇即可起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)間可以《 100s.但這樣的重整氣含CO 達(dá)到1 % ，必需處理后方可送入燃料電池。

　　盡管已有上述降價(jià)途徑，但要達(dá)到目標(biāo)，可能還需較長(zhǎng)時(shí)間（7~10 年）。

　　2 展望

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源及環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看， 發(fā)展電動(dòng)車將成為必然的趨勢(shì)。自1996 年以來(lái)， 已有3 種類型電動(dòng)車問(wèn)世，即以純蓄電池驅(qū)動(dòng)的零排放的BEV、以燃油機(jī)與蓄電池混合驅(qū)動(dòng)的HEV 及以燃料電池驅(qū)動(dòng)的FCEV.下面試圖討論一下這3 種電動(dòng)車的發(fā)展趨勢(shì)。

　?。?）BEV電動(dòng)車這種車的優(yōu)點(diǎn)是零排放，缺點(diǎn)是一次充電行程短， 因此只適用于城市中心及小區(qū)內(nèi)的短途運(yùn)輸。改進(jìn)的鉛蓄電池將成為此類車的首先商品化電池。以后，當(dāng)MH2Ni 電池，鋰離子電池及Na2NiCl2 電池的技術(shù)及生產(chǎn)逐漸達(dá)到市場(chǎng)接受的性能價(jià)格比時(shí)，將部份取代鉛蓄電池。按我國(guó)的國(guó)情，發(fā)展小型電動(dòng)車，包括電動(dòng)兩輪車、三輪車及微型四輪車是符合我國(guó)國(guó)情的個(gè)人交通工具， 比發(fā)達(dá)國(guó)家具有更廣泛的市場(chǎng)前景， 政府應(yīng)鼓勵(lì)這類車按市場(chǎng)機(jī)制開發(fā)， 同時(shí)要抓緊充電站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及在政策、法規(guī)上予以支持，尤其要注意建立廢電池回收體制，防止不規(guī)范的廢電池回收造成更大污染。

　?。?） HEV混合電動(dòng)車國(guó)外這類車正在形成新一輪的技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是能提高燃油經(jīng)濟(jì)性，缺點(diǎn)是不能達(dá)到零排放，只能改善其排放。在零排放電動(dòng)車未成主流之前， 可起到過(guò)渡性發(fā)展的作用。日本豐田Prius 產(chǎn)品的出現(xiàn)，給整個(gè)工業(yè)以極大推動(dòng)作用。這類車將以高功率型MH2Ni 電池及鋰離子電池為主。展望未來(lái)，盡管目前Prius 車的售價(jià)是受政府補(bǔ)貼的，但可以預(yù)期隨著油價(jià)的上升，技術(shù)的進(jìn)步， 銷售量的擴(kuò)大， 其成本會(huì)不斷降低， 最后達(dá)到有限商品化的程度。我國(guó)汽車工業(yè)水平相對(duì)落后，對(duì)HEV的開發(fā)， 剛剛提到議事日程， 它牽涉到我國(guó)整個(gè)汽車工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略問(wèn)題， 有待有關(guān)部門的深入研究。

　　（3） FCEV燃料電池電動(dòng)車這是一種唯一能與燃油汽車相比的電動(dòng)車， 有可能成為未來(lái)的主流技術(shù)。但燃料電池要達(dá)到商品化還要克服許多難題，如氫的貯存、產(chǎn)氫供氫基礎(chǔ)設(shè)施、液體燃料轉(zhuǎn)化器的開發(fā)， 系統(tǒng)響應(yīng)性的提高等。為了分擔(dān)技術(shù)開發(fā)費(fèi)用及風(fēng)險(xiǎn)， 國(guó)外各大汽車公司均采用攜手合作的辦法， 如福特和戴姆勒克萊斯勒于1997 年底宣布共同投資近10 億美元合作開發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車技術(shù)，設(shè)定2004 年推出燃料電池電動(dòng)車產(chǎn)品的目標(biāo)。通用和豐田公司最近也宣布聯(lián)合開發(fā)意向?？梢灶A(yù)期在今后5~10 年內(nèi)， 燃料電池電動(dòng)車技術(shù)會(huì)得到較快發(fā)展。

　　我國(guó)以大連化物所為中心，正在開發(fā)PEMFC 技術(shù)及氣體燃料轉(zhuǎn)化器技術(shù)并計(jì)劃在2000 年底進(jìn)行裝車演示。鑒于燃料電池電動(dòng)車是一個(gè)復(fù)雜的高新技術(shù)系統(tǒng)工程，很有必要采取強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，分擔(dān)技術(shù)開發(fā)費(fèi)用及風(fēng)險(xiǎn)， 發(fā)揮政府、企業(yè)和科研的聯(lián)合力量，加快技術(shù)開發(fā)進(jìn)度。