燃料电池汽车存在的优点令人期待并受到瞩目，许多国家的企业和研究机构在燃料电池组的一体化、燃料处理器和辅助装置等方面，正在朝着高技术集成、降低成本和商业化方向进行着不懈的努力。燃料电池公交汽车虽非指日可待但也正在向我们走来。

   燃料电池汽车（FCV：Fuel Cell Vehicle）与电动汽车的根本区别在于：燃料电池是一种发电装置，既不像非充电电池那样用完后丢弃，也不像充电电池那样需要经常充电，使用过程中只需为燃料电池添加燃料即可维持电力持续使用。由于其能量是通过氢气和氧气的化学作用（并非经过燃烧）直接变成电能的，化学反应过程不会产生有害产物，并且能量转换效率也比内燃机要高2～3倍。从能源利用效率和环境影响进行综合评价，燃料电池汽车是一种理想的清洁能源汽车。

   1 燃料电池汽车

   1）燃料电池汽车的基本构造

   燃料电池汽车主要由贮氢罐、燃料电池组、电机控制系统、驱动电机、超级电容或辅助蓄电池及热交换器等部件组成。由图1可以看出，燃料电池汽车与纯电动公交汽车的主要区别是电力来源方式的不同。

图1 燃料电池汽车的基本构造

   2）燃料电池的工作原理

   燃料电池虽然称电池但不是电池，而是相当于一台氢燃料发电机。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。

   工作时给负极供给燃料(氢)，给正极供给氧化剂(空气)。氢在负极分解成正离子H＋和电子e-：2H2→4H++4e-，氢离子进入电解质中，而电子则沿外部电路(含负载)移向正极（图2）。

   氧在正极获得氢离子和电子反应为水：O2+4H++4e- →2H2O。可见这正是水的电解反应的逆过程(图2)，且燃料电池唯一的排放物是水。燃料电池所使用的燃料有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，即可成为燃料电池的燃料。

   最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在已发展为直接使用的固体电解质材料。

图2  燃料电池的发电原理

   3）燃料的供给方法

   氢燃料电池汽车的燃料供应通常为三种方式：高压气态、液态和氢化物形态。

   用压缩气体罐贮存的氢，由于能量密度低使续驶里程受到限制，一般只能供燃料电池汽车行驶150km左右。此外，由于氢气是最小的分子，故很容易造成泄漏。哪怕是微量的泄漏，都会造成可怕的安全事故。

   采用-253℃深度致冷技术使之成为液态，虽然能量密度高但由于热绝缘技术存在一定难度，并且由液态转化为气态过程中能量损失大，将其推向市场还存在较大技术难题。

   可喜的是，储氢材料的开发已取得令人鼓舞的进展。氢的化学特性活跃，它可以同许多金属或合金化合，吸收氢之后形成一种金属氢化物，其中有些金属氢化物的氢含量很高，甚至高于液氢的密度，并且这类金属氢化物在一定温度条件下会分解，把所吸收的氢释放出来，成了一种良好的贮氢材料。还有，具有复杂的纳米结构的石墨纤维，其单位质量可以吸收20%的氢气。

   2 燃料电池汽车的优点

   1）发电效率很高

   燃料电池采用化学能直接转换电能的发电方式（图3），而火力发电是将煤炭、石油燃烧产生的热能转换成为动能，然后再将动能转换成电能使发电效率大打折扣。如：石油发电的综合能源利用效率不过35.3%，而氢燃料电池的最大发电效率可达82.9%，相当于石油发电效率的2.35倍。

a)燃料电池发电

b)火力发电

图3 两种发电方式的流程与效率对比

   2）无送电损失

   燃料电池可在使用场所将燃料的化学能直接转换为电能，如：汽车、车间、住宅等现场直接发电并向用电设备直接传送，所以不存在送电损失问题。而火力发电的远距离送变电损失则高达6%左右。

   3）环境负荷小

   燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。而火力发电伴随能源的燃烧会向大气排放各种有害物质和大量CO2。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源。

    4）燃料类型广泛

   燃料电池发电时所用的燃料是氢和氧，其中氧可以从空气中直接获取，实际工作时所需燃料只有氢。制取氢所使用的燃料则是多样化的，如：天然气、甲醇、乙醇(酒精)、石油和煤炭等化石燃料。通过再生能源制氢（电解水制氢、太阳能电解制氢、生物制氢）形成循环利用系统，这种循环系统特别适用于边远地区，使系统建设成本和运行成本降低。由此可以降低人类对石油的依赖性，符合应对石油匮乏的全球能源战略。

   5）经济性好

   试验表明，氢燃料电池车辆的能耗经济性可达到传统汽油车的2～3倍，从节约能源的角度来看，燃料电池汽车明显优于用内燃机的普通汽车。