质子交换膜燃料电池的应用：探讨燃料电池汽车部件

我们大量依赖的化石燃料包括煤、石油和天然气，会引起空气污染和温室气体效应问题。最近的研究^[1]显示，约18%的温室气体二氧化碳，是由汽车排放的。因此，燃料电池汽车的开发对于我们的环境，甚至对于我们的经济都是非常重要的；特别是目前石油价格飞涨。燃料电池系统被广泛认为是最有前途的能源之一。这要感谢它的高能源效率、非常低的氮氧化物和硫氧化物排放、低噪声及其清洁的能源产生过程。此外，燃料电池系统能使用其他常规和替代燃料，如氢、乙醇、甲醇和天然气。根据现在使用的电解质种类，燃料电池分为质子交换/聚合物电解质膜燃料电池（Proton Exchange/Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells，PEMFCs）、固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells，SOFC）、磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cells，PAFCs）、熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cells，MCFCs）、碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cells，AFCs）、直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cells、DMFCs），锌空气燃料电池（Zinc Air Fuel Cells，ZAFCs）和光子陶瓷燃料电池（Photonic Ceramic Fuel Cells，PCFCs）^[1]。

到目前为止，质子交换膜燃料电池（PEMFCs）被认为是燃料电池汽车、小型和中等规模分布式发电机最有希望的候选能源。因为它们具有高功率密度、固体电解质、长电池堆寿命和低腐蚀。质子交换膜燃料电池可以在低温下（50～100°C）工作，也可以快速启动，因此这种电池对交通运输应用格外有吸引力，因为交通工具需要快速起动和在短时间里的快速动态响应（停止、运动、加速和减速）。(www.xing528.com)

燃料电池比内燃机（Internal Combustion Engine，ICE）效率更高。根据文献[2]，直接利用天然气中氢气的燃料电池汽车的效率比内燃机汽车的效率高两倍以上。然而，为了使燃料电池汽车商业化，还要考虑其性能、可靠性、耐久性、成本、燃料可获得性和价格，以及公众的接受程度^[3]。特别是以下几方面都是至关重要的：燃料电池系统在瞬变中的性能、燃料电池的成本、氢气的可获得性和燃料电池汽车商业化的成功。本章6.2节将讨论燃料电池汽车的部件。6.3和6.4节将分别讨论混合燃料电池系统的设计和电动汽车的控制。6.5节将讨论混合燃料电池系统的故障诊断。