鉅大LARGE | 點擊量：1052次 | 2019年02月13日
燃料電池汽車與電動汽車哪個可以勝出？
作為新型動力汽車的代表，燃料電池車和電動汽車孰優孰劣？
當我們討論的主題限于燃料電池車和電動汽車二者擇一時：從原理的角度講，氫燃料電池汽車的最終也是用電能驅動電動機，和電動汽車相比僅僅是能量的載體有所不同；從節能的角度講，盡量減少能量轉換次數更加為理想；從工業發展的角度來講，“機械驅動”向“電氣驅動”符合科學技術發展的方向；從發展的眼光看，電動汽車為將來無線傳送電力預留了發展的空間。在這種情況下，與其選擇氫燃料電池汽車，不如一步到位將研究資源投入到電動汽車的方向上更為妥當。
燃料電池汽車與電動汽車，誰能勝出？
下面分別介紹一下燃料電池和純電動汽車的相關知識。
一、關于燃料電池車
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
(一)燃料電池的工作原理及原料的制取
燃料電池的基本原理為利用氫氣與氧氣的化合反應產生的能量發電。產生的電力可用來維持宇宙飛船的運轉(如“阿波羅計劃”的飛船)，可以供應家庭使用(如日本東京煤氣采用的家庭用供電系統)。而如果用來驅動汽車，則成為燃料電池汽車。
燃料電池從燃料的來源上看，有純氫氣和液化天然氣等幾種。
其中液化天然氣的主要成份為甲烷(CH4),利用甲烷的氧化反應(不一定通過燃燒過程)產生的能量獲取電力。其反應過程中會產生二氧化碳，但不會產生氮化物，相對來講還是比較“干凈”的。但這種方式主要為供家庭使用的固定式裝置，所以體積較大。這種方式并不是本主題討論的重點，所以略去不談。
(二)氫氣的制取方式
氫氣的獲取方式主要有以下幾種：
1.工業生產的副產物
如化工制堿過程中產生的氫氣；
2.發酵反應中產生的氫氣
如堆肥，淤泥中因發酵反應而產生的氫氣
3.電解水產生的氫氣
用電力來分解水，產生氫氣和氧氣。也就是燃料電池反應的逆向過程。
(三)燃料電池車的環保性
燃料電池車在行駛過程中僅僅排出水，被認為是一種“環保”型的交通工具。實際上真的是這樣嗎？
我們在討論其環保性的時候，不僅要考慮燃料電池車本身，更要著眼于從制氫、氫氣的儲存、流通到使用這個系統的整個過程。只有通過對整個系統的評價，才能判斷其環保性的優劣。
前面說過，燃料電池車的燃料——氫氣的制取，是使用電力。而在制取氫氣的過程中，電力消耗非常大。雖然可以通過太陽能、水力、風力等可再生能源發電，但目前主要的還是通過石油、煤炭等化石能源來進行的。也就是說，發電本身就會帶來環境污染。
氫氣的儲存是一件相當困難的事情。氫氣重量小體積大，所以必須用高壓壓縮，儲存在密閉容器中(豐田公司的mirai的容器壓力為700個大氣壓)。在元素周期表中氫排在第一位，即氫分子是最小的分子。氫分子可以很容易地通過儲存容器壁中微小的孔洞而溢散。而儲存容器的高壓狀態更加劇了這個過程。
在“加油站”添加氫氣時，因充氫設備的頻繁使用，700個大氣壓下所有的閥門的密閉性不可能長期維持設計狀態，所以不可避免地這個過程中會損耗掉一部分氫氣。
到目前為止，我們并沒能找到從制取氫氣到進行氧化反應為止，經過多個儲運過程后，氫氣溢散程度的量化數據。而從宇宙尺度上講，地球的引力是不足以吸引住氫氣的。溢散掉的氫氣最終會進入宇宙空間。“分解水為氫氧”→“氫氧化合為水”這種氫燃料電池的循環過程，將會帶來地球整體含氫量(含水量)的下降(盡管這個過程極其緩慢)！
從氫燃料電池汽車系統中氫氣的變遷中，我們看到一個“化石燃料的化學能”→“熱能”→“電能”→“氫氣的化學能”→“電能+熱能”→“車輛的動能”這樣能量形式轉換的過程。請注意，能量形式轉換過程存在著轉換效率的問題(損失的能量基本上轉換成熱能)。也就是說，能量形式轉換的次數越多，能量的浪費就越大！
從理論上講，如果消耗單位量的化石能源制取的氫氣,在氫氧發生化合反應的最后環節所做的功(在這里可以理解成推動車輛前進的距離)，小于單位量化石能源所能做的功的話，那就不能說氫燃料電池汽車的環保性好！
(四)一個不受注意的問題
在議論氫燃料電池汽車的環保性時，經常被忽視的是汽車的排水問題。
燃料電池的原理就是氫氣和氧氣反應生成水而產生能量。這就意味著，氫燃料電池汽車一邊行駛，一邊排水。那么，這個過程中會有多少水被排放出來？
我們可以以豐田的mirai為例簡單地計算一下，當裝載全部氫氣用盡會產生多少水：
基本參數
氫氣儲罐容量：122.4升(前儲罐60升，后儲罐62.4升)
氣壓：700大氣壓
常壓下體積(為計算方便，溫度變化忽略不計)：
122.4升×700=85,680升
氫氣的摩爾量：85,680升/22.4升(每mol)=3,825mol
氧化反應后產生水分子量：3,825mol
1mol水分子重量：18克
3,825mol水分子重量：68,850克
充滿氫氣時的巡航距離：650公里
行駛每公里產生水量：68,850克/650公里=106克/公里
也就是說，行駛時除去被氧化熱蒸發掉的水量，大致每分鐘產生100克左右的水。如車速為60公里/小時，則每行駛5公里，會產生500克左右的水。大家可以試試看，拿一個500ml的純凈水水瓶，用5分鐘時間裝滿水，這時水龍頭的流量要開到多大。
而當行駛車輛中氫燃料電池汽車占到一定的比例，那么汽車排放的水量就會高于蒸發掉和疏通走的水量，道路上就會產生積水。
結合我國目前道路積塵狀況，車身上濺泥是避免不了的。而到了冬天的北方，道路甚至會變成溜冰場！
可以試想一下：當你在高速公路上行駛，前面是一輛“灑水車”時，那會是怎樣的一種情形？
綜上所述，和普通汽車相比，氫燃料電池汽車這種交通工具在排氣中除去不產生氮化物和炭微粒之外，在環保方面很難說是否能提供什么“正能量”。
二、關于電動汽車
(一)電動汽車的現狀
電動汽車顧名思義，就是用電力作為動力來驅動的汽車。這里不包括混合動力車，特指純粹使用電力來驅動，同時在行使過程中不需要隨時有線接通電源(如有軌電車和無軌電車)的汽車。
現代的電動汽車將驅動用電機安裝到各驅動輪的輪軸處，可以在行駛中用電腦精確控制各個車輪的動力分配和轉速。所以可以省略掉分動箱、差速器以及在一些高檔汽車上才采用的EBD(電子動力分配系統)，大大降低車輛的成本。削減了發動機和變速系統后車內空間會加大很多。如將電池安排在底盤附近可降低重心，大大提高車輛的穩定性。
同時因使用直流電機，所以自然地可以回收車輛減速時的動能，經濟性較好。
電動機具有扭矩大的優勢，所以電動汽車的加速性能比較好。
電動汽車特斯拉的百公里加速只要3.1秒。
(二)電動汽車的難點
無論是氫燃料電池汽車還是電動汽車，都需要建設新的“加油站”，所以這個問題省略不談。
目前電動汽車的市場化主要有以下幾個問題：
1.整車成本問題
在電動汽車成本中，蓄電池所占的比重非常高，約占全車總成本的1/3-1/2。
2.電池容量和壽命問題
目前的車用充電電池為鋰電池，巡航時間較短是個重要的問題。現在廠家的目標是達到或超過汽油發動機車的巡航里程。
目前，日產汽車公司的一款電動汽車(二箱車)，充滿電后可以行使將近250公里。
3.充電時間問題
充電時間較長是電動汽車的另一個弱點。氫燃料電池車“加油”時間約為3分鐘，大致和汽油車相同。而電動汽車的充電時間動輒幾十分鐘(日產電動汽車用的充電站充滿80%的電量需要20分鐘，充滿電則所花時間更長)。雖然采用家庭式插頭充電方式可利用晚間充電，但在外面的臨時充電仍然無法對應。
為解決上述問題，日本的日產汽車公司曾提出過一個解決方案，其要點是：
1.用戶購車時，僅僅購買車輛本體；
2.購車后，“租賃”電池；
3.“加油站”準備大量的電池，并負責充電；
4.用戶需要“加油”時，到“加油站”更換充好電的電池；
5.用戶按照上一次更換電池開始到目前的行駛里程繳納電費。
這種方式既解決了電池成本高昂的問題，同時也能解決充電時間過長的問題，用戶也不用考慮電池老化的負擔。當“加油站”普及到一定程度，電池容量小的問題也就不存在了。其缺點是所有的成本負擔都加在了廠商和服務商的身上，一次性投資過大。
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