空氣燃料電池一種現(xiàn)實(shí)而新穎的汽車動力——

鋅空氣燃料電池

編前：隨著第四屆上海國際工業(yè)博覽會和2002中國（北京）國際電動車展覽會的相繼召開，在這2個會議上出盡風(fēng)頭的電動汽車將人們的目光再次聚焦在電動汽車、混合動力車、燃?xì)馄囘@些非傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上。那么國內(nèi)外在這些方面有什么新的進(jìn)展呢？以下的內(nèi)容相信可以讓您對此有個大致的了解。

本報記者王文昭

汽車中沒有發(fā)動機(jī)、汽缸、變速箱，也沒有排氣管，代之以電機(jī)、控制器和一疊疊的鋅空氣金屬燃料動力電池。這不是憑空想象，而是記者在第二屆中國國際電動車博覽會看到的事實(shí)，這就是博信電池（上海）有限公司攜浙江大學(xué)電力電子應(yīng)用技術(shù)國家工程研究中心電動汽車室在展會上展出的全世界第一輛鋅空氣金屬燃料電池轎車。想象一下，如果這種車的技術(shù)能夠推廣開，也許若干年后，在中國的街道上，即使是最低檔的轎車都將沒有那讓人厭煩的引擎噪聲，而引擎噪聲將只屬于賽車場！

專家認(rèn)為，發(fā)展電動車是中國在汽車整車研發(fā)中趕上和超過世界先進(jìn)水平的惟一希望。

據(jù)浙江大學(xué)電動汽車室副主任陳立銘教授介紹，電動車的四大構(gòu)件中，車架、控制器、電機(jī)已經(jīng)不是問題，惟獨(dú)電池是一大瓶頸。國際上現(xiàn)有的解決方案有三種：常規(guī)蓄電池（如鉛酸、鎳氫和鋰離子電池），電動與汽油混合動力以及氫氧、鋁空氣、鋅空氣等燃料電池。

陳教授介紹說，在常規(guī)蓄電池中，鋰離子電池的呼聲最高，它的能量密度大，但是性價比、安全性差，用作車用動力電池易燃易爆，而且，現(xiàn)有的鋰離子電池工藝不成熟，所以不大可能大規(guī)模推廣；在燃料電池中，氫氧燃料電池是最好的，因?yàn)槿驓溲趸镌诤Ｋ⒅参锏戎写罅看嬖冢淮嬖谠先狈栴}，但是儲氫困難以及催化劑鉑全球儲量極低等因素，使之在20-30年內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；在金屬燃料電池中，鋁空氣電池和鋅空氣電池最有前景，鋁空氣電池潛在的重量能量比是鋅空氣電池的兩倍，但是氧化鋁的電解還原過程極其耗電，民用前景微乎其微；相比最常用的鉛酸電池，鋅空氣燃料電池的重量能量它的5倍。“實(shí)際使用中，每公斤鉛酸電池大約能提供40瓦時電量，鋅空氣電池能提供200瓦時。而且，鋅空氣電池的潛在重量能量比可以在短時間內(nèi)翻一番。即便如此，距離1350瓦時的理論值，還有的很大發(fā)展空間。”陳教授肯定地說。從技術(shù)角度出發(fā)，相同單位重量的鋅空氣電池的電容量理論上比其它電池高出數(shù)倍，不過它也有缺陷，只有在配方及工藝方法合適的情況下，鋅空氣電池才能發(fā)揮出高功率。

說了這么多，鋅空氣電池究竟是何妨神圣呢？不同于常規(guī)的蓄電池，鋅空氣電池是金屬燃料動力電池的一種，它以經(jīng)過類似“膨化”處理的鋅板為陽極，以空氣等為陰極，氫氧化鉀作為電解液，使鋅高強(qiáng)度氧化，蘊(yùn)含的高電位差產(chǎn)生高能量。經(jīng)過處理的鋅板，在空氣中放置幾分鐘，鋅板會變得像燃燒一樣“通紅”，蘊(yùn)含能量可見一斑。鋅空氣電池不必充電，用戶可以在“換電站”就近更換。

就大家都關(guān)心的使用成本問題，記者采訪了博信公司的楊宇強(qiáng)董事長，他介紹說，單獨(dú)地看，鋅空氣電池的制造成本只是同等鋰離子電池的1/7～1/6；如果1輛車按使用5年計(jì)算，平均下來，鋅空氣電池每度電的成本與鉛酸電池接近。在展會上展出的這輛車的行駛里程超過200公里，接近一般轎車在市區(qū)內(nèi)一天的里程。

那么這種汽車能不能投入批量生產(chǎn)呢？陳立銘教授認(rèn)為，如果國家能投一部分錢成立聯(lián)合體，博信公司可以優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)、供氧和通風(fēng)，浙大可以優(yōu)化電路，那樣就可以為北京奧運(yùn)會提供具有競爭力的零污染電池巴士。陳教授斷言：“因?yàn)橹袊匾曤妱榆嚨陌l(fā)展，現(xiàn)在各種條件表明，電動車首先有可能在中國大規(guī)模生產(chǎn)。”楊董事長也認(rèn)為，鋅空氣電池不一定能取代汽油，但是一旦其成功上市，鉛酸電池的市場壽命將在二到五年內(nèi)結(jié)束。

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我國電動車開發(fā)的歷史與現(xiàn)狀

我國的燃料電池研究始于1958年，電子工業(yè)部天津電源研究所最早開展了MCFC研究。70年代在航天事業(yè)的推動下，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制成功千瓦級AFC。“七五”期間，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所1990承擔(dān)了中科院pEMFC研究任務(wù)；1993開始進(jìn)行直接甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池（DMFC）的研究。電力工業(yè)部哈爾濱電站成套設(shè)備研究所于1991年研制出由7個單電池組成的MCFC原理性電池。“八五”期間，中科院大連化物所、上海硅酸鹽研究所、化工冶金研究所及清華大學(xué)等國內(nèi)十幾個單位進(jìn)行了與SOFC有關(guān)的研究。

我國電動汽車的開發(fā)已有較長時間的歷史，"八·五"期間就實(shí)施了電動汽車國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，經(jīng)過這一段時間的開發(fā)實(shí)踐，在電機(jī)及其控制、電池與電池管理系統(tǒng)、電動汽車整車設(shè)計(jì)、充電機(jī)等配套設(shè)施開發(fā)方面都積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，尤其在純電動大巴車及關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化方面。

“九五”期間，我國完成了電動轎車先導(dǎo)車的研制和全新電動轎車（概念車）的開發(fā)。在電機(jī)控制、車輛管理、電池管理等多項(xiàng)電動汽車關(guān)鍵技術(shù)研究方面均有所突破。完成了電動輕型客貨車和電動輕型客車的改裝車的開發(fā)，建成了我國唯一的國家電動汽車運(yùn)行試驗(yàn)示范區(qū)。完成了亟需的16項(xiàng)電動汽車標(biāo)準(zhǔn)的制定和審查工作。

“九五”期間，科技部將“燃料電池技術(shù)”“高性能動力電池開發(fā)”項(xiàng)目列入國家“863”計(jì)劃。