燃料电池车的未来:技术课题被稳步攻克

2011-10-16 15:57:22来源: 日经电子

  经过这些年的技术开发,燃料电池从2015年开始量产已经有了眉目。曾经令人苦恼的氢供给基础设施的先行设置也看到了曙光。随着家用燃料电池率先实用化,燃料电池的普及也开始有望变为现实。

  燃料电池车(FCV)将从2015年开始以500万日元左右的价格投放市场。在近来的电动汽车(EV)热潮中消失了身影的FCV,现在普及之路又开始呈现在人们的面前(图1)。

 
图1:燃料电池从2015年开始普及
各大汽车厂商均计划以2015年为目标,上市价格控制在500万日元左右的FCV。2015年以后将推进氢供给基础设施的设置及家用燃料电池的普及,2030年或将迎来燃料电池时代。

  领头的是丰田。该公司在2010年11月举行的“丰田环境技术记者发布会”上宣布,“计划2015年前后上市轿车款FCV。该车将以客户能够接受的价格提供”(该公司代表董事副社长内山田竹志)。

  除丰田外,日产汽车和本田也纷纷以2015年上市FCV为目标展开了行动。2011年1月,丰田、日产和本田三家公司与10家氢气供应商发表了共同宣言注1)。内容除了2015年前后在日本国内市场投放FCV外,还包括全面推进氢供给基础设施的设置,这是阻碍普及的最大瓶颈。

  注1)10家氢气供应商分别是吉坤日矿日石能源、出光兴产、岩谷产业、大阪燃气、科斯莫石油、西部燃气、昭和壳牌石油、大阳日酸、东京燃气、东邦燃气。

  FCV的兴起不仅限于日本。在世界市场上,德国戴姆勒、美国通用汽车(GM)以及韩国现代汽车等也以2015年前后上市为目标,展开了积极行动。

  材料厂商也开始切实感觉到FCV将全面上市的动态。从事燃料电池电极催化剂业务的田中贵金属工业表示,“我们已开始着手扩大生产线等量产准备”(该公司技术开发部门FC催化剂开发部副部长小椋文昭)。

车辆价格为500万日元左右

  此前,FCV实现实用化方面存在的三大课题是耐久性、低温工作及低成本化,现在耐久性和低温工作这两个课题已经解决。而最大的课题低成本化也在解决之中。

  FCV的构成可以简单理解为是在EV上配备了发电用燃料电池组和储藏氢燃料的氢燃料罐(图2)。燃料电池组和氢燃料罐为专用品,但马达和作为辅助电源使用的充电电池等可共用EV和混合动力车(HEV)的部件。


图2:配备燃料电池组和氢燃料罐
本图以丰田的“FCHVadv”和本田的“FCX Clarity”为例,展示了主要的部件构成。充电电池和马达可与EV和HEV等电动汽车共用。专用品为燃料电池组和氢燃料罐等。(图由本刊根据丰田和本田的资料制作)

  FCV的制造成本直到数年前都被公认为要在1亿日元以上。但现在已经降至1000万日元以下,“到开始普及的2015年还会进一步降低”(丰田)(图3)。从丰田的发言来看,似乎有望实现500万日元左右的车辆价格。


图3:成本有望降至1/20
丰田宣布,将2008年开发的“FCHV-adv”的燃料电池系统成本削减至1/10以下,目前可实现1000万日元以下的车辆成本。2015年计划削减至1/20。(图由本刊根据丰田的资料制作)

光有EV还不够

  汽车厂商一直致力于FCV开发的理由有两个,即减排CO2和摆脱对石油的依赖。行驶时不排放CO2的汽车虽然还有EV,但EV和FCV在特性上有很大的不同。那就是行驶距离。FCV填充一次燃料可行驶500km以上。而EV即使配备大容量锂离子充电电池最多也只能行驶150k~250km注2)。

  注2)日产汽车续航距离为200km的EV“LEAF”(中国名:聆风)在地板下方配备了约300kg的锂离子充电电池组。

  其实,就连积极致力于EV的日产汽车也认为,“要想实现250km以上的行驶距离,需要利用FCV,而不是EV”。丰田和本田等计划以150km左右的行驶距离为分界线划分EV和FCV的应用范围(图4)。


图4:将来在需要行驶150km以上距离的车辆中FCV占优势
FCV延长行驶距离所增加的系统成本较少。而EV要想延长续航距离需要配备大量的充电电池,从而导致成本飙升。(图由本刊根据各汽车厂商的资料制作)

  将来,要想大幅削减汽车的CO2排放量,必须对每天的行驶距离较长的车辆采取对策。能够代替发动机车的,目前只有FCV。

巨额资金流向海外

  另外,关于摆脱石油依赖,目前95%以上的汽车都依靠石油。但考虑到今后石油价格会暴涨,不能永远依靠石油行驶。

  此外,从日本的“能源安全”观点来看,这也是一项重大的课题。日本的石油进口量为2亿5000万千升,多年来几乎一直保持这个水平,按金额计算,2008年从2005年的约1000亿美元上涨至约1900亿美元,2011年上涨至约2000亿美元。随着石油价格的暴涨,与2005年相比,年均约有1000亿美元的巨额资金流向了海外。

  要想摆脱对石油的依赖,只能从其他资源中获取能源,而氢气就是有力的候补。目前的氢制造一般采用从天然气中提取的方法。此外,利用太阳光和风力等可再生能源的发电电力电解水来制造氢气的方法也开始有望成为现实。

  就能够利用多种能源这一点而言,电力也一样,EV和FCV可实现汽车能源的多样化(表1)。不过,存储电力并不容易。如上所述,除了要增加所需的锂离子充电电池的容量外,随着容量的增加,充电时间也会延长。目前的EV行驶距离为160km,利用家用电源的充电时间为7~8小时,如果将容量增至2倍,充电时间需要14~16小时,这并不现实。

  

  而FCV方面,德国林德集团(Linde Group)等已经开发出只需约3分钟即可充满行驶500km所需氢燃料的充氢机。FCV能够维持与发动机车相当的用户便利性。

关键字:燃料电池车  未来  技术  课题

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/1016/article_4514.html
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