氢燃料动力电池汽车的秘密

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出现含碳的温室气体，至少在汽车发动机内不会直接出现。然而，假如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动力锂电池进入汽车工程师的视野。燃料动力锂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，从而出现电流。因此，燃料动力锂电池的排放物仅有水蒸气和热量。

以最简单的PEM（质子交换膜）燃料动力锂电池为例，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电池只能出现不到1伏的电压，因此要做成类似切片面包似的电池组件才可出现有效电压。

数据显示，燃料动力锂电池组的效率可以达到内燃机的3—4倍。更重要的是，使用这种燃料动力锂电池的重要对象是电动汽车，防止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。

车载的最新燃料动力锂电池，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，就像传统电动汽车相同，燃料动力锂电池汽车也是零排放汽车（ZEVS）。

燃料动力锂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，看起来短时间不会有太大进展，其发电成本高达2000美元/千瓦。燃料动力锂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，但是假如能找到廉价，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。

此外，氢气的供应也是一个难题。美国目前约有100个氢气供能站，但大部分面向厂、军队、政府部门和出于私人用途的研究机构，向公众开放的寥寥无几。尽管，加州计划未来十年斥资2000万美元建造100座加氢站，但在全国范围内新建加氢站预计将耗资200亿美元。

再往上游看，目前工业氢能（用于炼油原料）由蒸汽加工天然气法而来。该过程并不清洁。美国国家可再生能源实验室称，科罗拉多州的联邦研究机构用蒸汽法生产1千克氢气，便生成11.9千克二氧化碳。以本田Clarity车为例，行驶能力为68英里/千克氢，意味着会有175克/英里的二氧化碳废气排入大气。

相比之下，大众的小型柴油车废气排放145克/英里，丰田普锐斯汽油—电动两用车废气排放167克/英里，这些都要比燃料动力锂电池汽车更加清洁。

我们是否可以认为，尽管化石燃料经开采、精炼后，再到汽车内燃机内燃烧会释放碳排放物，但高质量的碳氢化合物在内燃机内的燃烧过程日趋变得清洁。就能源被转化为动力的整个过程而言，传统汽车的排放量正稳步减少，因而所谓的零排放汽车将被淘汰出局？

要想实现零排放目标，必须通过清洁但高成本的电解水过程提取氢，而不能用廉价但重污染的天然气蒸汽法。而且用电将水分解为氢氧本身不会生成温室气体。唯一可行的办法就是完全依靠风能、太阳能等可再生能源，或水电和核能。

然而，可再生能源的规模生产任重道远。而水电站耗资巨大，核能只能有待未来进一步发展。

没有清洁的电能，被迫生产出的零排放电动汽车和氢能汽车可能比普通燃油车污染更大。假如没有政府扶持，每辆卖出的零排放汽车都可能赔钱。然而将成本转嫁到消费者身上，无疑是饮鸩止渴，不利于长久发展。