燃料電池技術自從上世紀末就被各大車廠看好,自詡為氫燃料電池發展第一把交椅的戴姆勒-奔馳公司,在燃料電池車輛的研發上已經累計投資了10億美元,旗下的燃料電池車的里程數已經累計行駛210萬公里。踏入2008年以來,伴隨著油價的不斷上漲,各大車廠都加大發展環保型的新動力車型,其中以插電式混合動力車和純電動力最為引人注目,而去年還呼聲很高的氫燃料電池車型是否已經作了讓步?
并非如此。無論在通用還是奔馳的新能源車型發展計劃中,氫燃料電池都被列為最終的解決方案。奔馳已經確立了可持續發展的三個步驟:首先,優化內燃機汽車;其次,通過混合動力,進一步提高效率;第三,開發蓄電池和燃料電池汽車,實現零排放電力驅動。于是,氫燃料電池技術也被奔馳譽為“未來驅動力”。
燃料電池技術曲折的未來路
雖然氫是地球上最豐富的元素,但氫原子幾乎總是與其他元素以分子形式存在,按照能量守恒定律,首先要消耗能量來提取它,因而在燃料電池中,氫實際上只是一種能量流通手段。幾十年來,氫已經是有機化學工業的重要原料,全世界年產約5000萬噸,主要來自煤氣、天然氣、輕質油或重油等礦物燃料,但儲量有限,也未根本解決環保問題。薪柴、鋸末、稻草等可再生的生物原料也可通過氣化和微生物方法制氫。最豐富的含氫物質是水,水電解制氫的效率一般為75%~85%,但每立方米需耗電4.5~5.5度,而且目前設備規模較小。因此注定氫燃料電池的路不可能是一帆風順,此項技術受惠仍在“未來”。
今年早些時間,奔馳在2006年高調開通的3輛奔馳燃料電池公交車結束了在北京的示范運行,1年多的實際運行時間沒有達到原計劃的2年。奔馳燃料電池公交車的悄悄退出實屬無奈:雖然中方負責大部分運營事務,包括建立公交站點、提供氫氣和司售人員等,奔馳和加拿大巴拉德公司(燃料電池供應商)分別派駐一位工程師在北京進行跟蹤服務,并且,維修配件也必須由德方提供。一輛燃料電池客車的招標價是180萬美元,奔馳公司在每輛車上的花費實際超過300萬美元,單車虧損高達120萬美元。再繼續運營,虧損額更大。
此次燃料電池公交車的隱退打擊了奔馳和各大車廠的信心。10月8日,由全球環境基金、聯合國開發計劃署、中國科技部合作的“中國燃料電池公共汽車商業化示范”上海項目開標,奔馳、通用等有實力的部分車廠均無行動。
從F-Cell到B-Cell
奔馳的氫燃料電池技術被稱為F-Cell(Fule Cell)。這項技術的實現平臺是奔馳A級和B級轎車,因為這兩個車型從開發的時候,出于安全等方面需要,采用特殊的“三明治”式夾層平臺設計,燃料電池組可以被巧妙地安排在夾層地板里。
A級F-Cell最早在2002年亮相,采用的是加拿大巴德拉PEM氫燃料電池,依靠氫和氧的化學反應釋放能量。在氫氣燃料箱350帕壓力的技術下,氫燃料電池發出的電能,再通過65kw的電動機驅動,能使車輛達到近140km/h的極速,充滿氫氣后也可達到200km左右的行程,領先于同時代其它產品。
隨著燃料電池技術的進步,驅動系統的尺寸和重量也大大減少,而車輛的性能和可靠性則穩步提高。2005年3月,以奔馳B級車為原型的燃料電池車B-Cell又出現在日內瓦車展,這是這項技術市場化進程中的一個重要里程碑。
B-Cell的高扭矩電機能輸出超過100kw的功率,比A級“F-Cell”的功率高出35kW。在136hp的馬力和320Nm的扭矩支持下,每行駛100公里燃料電池產生的能量相當于3L傳統燃料,并且沒有任何污染?!袄m行里程”是燃料電池車研發中最重要的指標之一,通過提高儲氫罐的容量和儲存密度,壓力增至70兆帕,成功地使B-Cell的連續行駛距離從160公里增至約400公里。
由于燃料電池車是完全采用電力驅動,所以很多電子系統的工作方式與其他不同,例如在道路測試中發現,燃料電池汽車的ESP系統需要重新校正。普通燃料轎車能行駛的惡劣環境,B-Cell也能適應,因此B-Cell在嚴寒的環境中進行測試,評測中發現即使在寒冷的條件下燃料電池依然能工作正常。
燃料電池是一種將儲存在燃料(氫、天然氣、甲醇等)和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的裝置,氫能夠以多種方式儲存和供應,最普遍使用的能量媒介包括冷卻至零下254攝氏度或更低溫度的壓縮氣態或者液態氫、甲醇、汽油、氫硼化鈉,以及金屬氫化物。