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氢能源汽车的关键技术分析及对策探讨 汽车排放造成的环境污染和石油资源枯竭正日益加剧，寻找清洁的替代能源，是 每一个国家必须面临的问题。氢气来源广泛，可以通过太阳能、风能、核能等分 解水获得；如果将其作为车载燃料，反应后只生成水，既能缓解环境污染，又能 消除石油危机。氢燃料电池汽车正好满足了这些要求。燃料电池由于完全不进行 燃料的燃烧过程，而是通过电化学反应直接将燃料的化学能转化成电能 ，因此 它的能量转化效率可高达45%~60%，约是内燃机的两倍，而随着技术的进步，还 可以达到更高。另外，氢燃料电池汽车不排放 SOx、NOx 等有害气体，也不产生 温室气体二氧化碳，可谓是真正的零排放汽车。再者氢燃料电池汽车不存在纯电 动车充电时间长、续航里程短的弊病，所以它的诞生和发展对于汽车领域来说具 有里程碑意义的。 尽管氢能源汽车有着众多优点，但它仍有许多问题尚未得到妥善解决，导致其至 今无法占据汽车的主流市场。比如氢气的制备和储存难，氢燃料电池的寿命低、 成本高，加氢站等基础设施建设滞后解决好这些问题，将会为汽车界乃至所有的 工业领域打开一个全新的局面，并且将有效化解能源危机、改善人类的生存环境， 为人类社会的长远可持续发展做出重大贡献。 1.发展氢能源汽车的优势 氢气来源广泛，可通过电解水、化石燃料转化、生物分解有机物等方法制取，且 氢气与氧气反应只生成水，生成的水又可以循环利用，因此，氢能源的可持续发 展性非常优越，且氢燃料更经济更节能：氢燃料电池汽车每公里的燃料运行成本 大约为汽油车的60%，未来还能降至更低。各国都很支持氢燃料电池汽车的发展， 相关的补贴条件非常优渥。 氢能源汽车主要分为两种：一种是氢内燃机汽车，即氢气直接在发动机的气缸里 燃烧，化学能转化为机械能以驱动汽车行驶，和传统内燃机原理相似；另一种是 氢燃料电池汽车，氢气供入燃料电池与氧气反应产生电能，电能再供给电动机以 驱动汽车行驶，属于典型的电动汽车。 目前氢能源汽车的主流发展方向是氢燃料电池汽车。氢燃料电池汽车具备以下特 点： 1) 燃料电池没有像内燃机一样的运动部件或摩擦副，能量转换在静态下完成， 工作时无噪音、无振动，且运行温度低（80°C左右），功率响应快。 2) 燃料电池直接将燃料的化学能转化成电能，不受卡诺循环的限制，能量转换 效率高，可达到60%以上。 3) 相比纯电动车搭载的动力锂电池，氢燃料电池质量轻，补充能量的时间短（加 氢只需3〜5 分钟），续航里程长（600km)。燃料电池可以装配在不同用途和不 同型号的车辆上，功率只需通过配置单体电池的片数来选定，而续航里程则由氢 燃料罐的大小（储氢容量）来决定。 2.氢能源汽车的关键技术分析 2.1 氢气的制备、存储技术 电是一种二次能源，需通过消耗一次能源来获得。最合理的是采用风力发电或太 阳能发电。此外，风电和太阳能光伏电，业内称呼为垃圾电，其功率不平稳，发 电时间不稳定，会对电网产生巨大冲击，所以这两种电很难并入电网。如果给这 些电厂配备电解水制氢设施，这些垃圾电就能被就地消纳。因此氢气的制备选择 电解水制氢法。 作者进行了《关于氢能源汽车的技术认知及发展前景调查》（以下全部简称为《调 查》）的调查报告，报告中对于你认为最经济环保且最适合大规模生产的制氢 方法是什么？” （如图1),有62.73%的人认为是太阳能电解水制氢或太阳能光 解水制氢”，占比最高；其次是风力发电，电解水制氢”，占比50.91%,该两 项数据也可以充分说明人们对风电制氢和太阳能发电制氢的期望和科学的制氢 方式是相吻合的。 氢气是地球上密度最低的气体，而且它的扩散能力很强，化学性质十分活泼，这 些特点决定了氢气较难以常规的形式储存。目前氢气的储存方式主要有三种：高 压气态储存、低温液态储存、固态吸氢材料储存。 高压气态储氢是将氢气以很高的压力充进储氢瓶，压力通常为35Mpa 或者70Mpa。 高压储氢的优点是操作简便、储氢成本低、充放氢速度快且易于控制，缺点是单 位体积能量密度低。 低温液态储氢是将氢气冷却至-253C 以下，让氢从气态转变成液态，再充入特制 的绝热容器中。液态氢的密度是标准状态下气态氢的788 倍,因此液氢的单位体 积能量密度要比压缩气氢高出好几倍，这意味着可以给汽车提供更长的续航里程。 低温储氢对容器的隔热性能要求很高，并且液化氢气要消耗较多能量，约占总氢 能的1/3,这就大大降低了车载氢能源的整体利用效能。 固态吸氢材料储氢是利用某些金属络合物来吸附氢气的。研究发现，把镁、钛、 锆、铌、镧等金属及它们的合金制成络合物，再将它们置于高压（5MPa)的氢气 环境中，