1. 5 質子交換膜燃料電池（ PEMFC）

　　PEMFC 的優點是以固體物質（聚合物膜） 為電解質， 易操作無腐蝕， 結構緊湊， 耐沖擊振動， 工作溫度低（80 ℃） ， 易常溫起動， 具有比其他類型燃料電池更高的功率密度， 比蓄電池電動車行駛距離長。90 年代以來成為各發達國家競相開發的電動車用電池。加、美、日、德等國處于領先地位，其中以加拿大巴拉德（Ballard） 公司（BPS） 最先進。迄今加拿大的BPS 公司已開發了3 代PEMFC 電動車電池［9 ］ ：

　　第1 代： PEMFC 電堆MK5 ， 單體平均工作電壓0. 57V 時可輸出功率5kW， 功率密度為150W/ kg ，150W/ L ， 24 個電堆構成PEMFC 電池發動機用于1993 年世界第一輛PEMFC 電動公共汽車， 總功率43kW， 車長9. 8m， 載客20 人， 一次加燃料行駛160km，起動時間20S ，時速48km，最高時速72km.

　　第2 代MK513 ， 單體平均工作電壓為0. 58V時可輸出功率13kW，功率密度300W/ kg ，300W/ L ，20個電堆串聯構成總功率200kW以上的PEMFC 發動機， 相當于常規公交車所裝柴油機功率并占有與柴油機相同的體積。不僅提供行車動力而且提供照明， 空調用電。以存放于車身頂部的高壓貯氫為燃料，氫瓶壓力21MPa ，一次加燃料可行駛400km，載客60 人，最高時速95km.

　　第3 代MK7 ， 單體平均工作電壓0. 68V時可輸出功率32. 3kW，功率密度700W/ kg ，1 000W/ L ，已滿足并超過汽車制造商、美國能源部及PNGV（ Partnership for a New Generation Vehicle） 所確定的研制目標。

　　目前，美、日、德等國大汽車公司都致力于PEM2FC 電動車的開發，而且幾乎都是用加拿大BPS 公司開發的PEMFC 電堆，實用化PEMFC 電堆水平如下：

　?。?） 用純H2 為燃料： 70kWBPS/ Daimler2Benz 電堆，正在進行車上試驗， （NECAR 4 ， 4 座小轎車） ，采用7kg 液態H2 ，可行駛450km，效率36 %.這是由于使用液態H2 必需有一定泄漏量。實際PEMFC 電堆的性能是0. 7kW/ kg ，1kW/ L ，轉換效率65 % ，系統效率45 %~50 %.

　?。?） 用重整氣為燃料30kWBPS/ GM電堆， 達到水平為0. 3kW/ L ， 0. 25kW/ kg ， 使用甲醇轉化氫，含CO 15 ×10- 6 。

　　（3） 低Pt 載量10kW MTI（美國機械技術公司）電堆， Pt 載量0. 17mg/ cm2 ， 純H2 為燃料， 演示性能850mA/ cm2 ，0. 6V;功率密度0. 25kW/ kg.

　　PEMFC 電動車的演示成功， 說明在技術上已取得突破， 性能上已可與燃油汽車相比。目前商品化的障礙是價格及氫源問題。為此PNGV擬定了技術及價格目標：

　　（1） 市區及高速公路混合行駛， 燃料電池系統效率55 %（LHV）

　?。?） 比功率：0. 4kW/ kg ，0. 4kW/ L

　　（3） 成本：

　　＄30/ kW（電堆）

　　＄60/ kW（系統）

　　（4） 啟動時間：30s （滿功率）

　?。?） 壽命：5 000h 和160 000km

　　降低價格的措施為降低鉑載量， 已由0. 4mg/ cm2降至0. 13mg/ cm2 ， 并將繼續降低至0. 1mg/ cm2 ，0. 05~0. 025mg/ cm2 ; 降低PEM膜價格： 已由＄700/m2 降至＄50/ m2 相當于＄10/ kW（0. 65V） 和＄17/ kW（0. 75V） ; 降低集流板價格， 目前機加工石墨板造價是電堆造價的60 % ， 措施是用不銹鋼表面改性、輕金屬鍍鈦或炭黑聚合物模壓復合材料（ 電阻率《 0. 01Ωcm2） 以及研究膜電極組件的大規模生產工藝等。

　　為了將來不必大規模改造當前汽車燃料的供應基礎設施， 各大汽車公司正集中力量研究車載重整器如小型高集成重整器， 可用汽油， 甲醇、乙醇等以及部份氧化甲醇重整器， 優點是無須加熱， 直接加入甲醇即可起動。起動時間可以《 100s.但這樣的重整氣含CO 達到1 % ，必需處理后方可送入燃料電池。

　　盡管已有上述降價途徑，但要達到目標，可能還需較長時間（7~10 年）。

　　2 展望

　　從長遠的能源及環境保護角度來看， 發展電動車將成為必然的趨勢。自1996 年以來， 已有3 種類型電動車問世，即以純蓄電池驅動的零排放的BEV、以燃油機與蓄電池混合驅動的HEV 及以燃料電池驅動的FCEV.下面試圖討論一下這3 種電動車的發展趨勢。

　　（1）BEV電動車這種車的優點是零排放，缺點是一次充電行程短， 因此只適用于城市中心及小區內的短途運輸。改進的鉛蓄電池將成為此類車的首先商品化電池。以后，當MH2Ni 電池，鋰離子電池及Na2NiCl2 電池的技術及生產逐漸達到市場接受的性能價格比時，將部份取代鉛蓄電池。按我國的國情，發展小型電動車，包括電動兩輪車、三輪車及微型四輪車是符合我國國情的個人交通工具， 比發達國家具有更廣泛的市場前景， 政府應鼓勵這類車按市場機制開發， 同時要抓緊充電站等基礎設施建設及在政策、法規上予以支持，尤其要注意建立廢電池回收體制，防止不規范的廢電池回收造成更大污染。

　　（2） HEV混合電動車國外這類車正在形成新一輪的技術開發熱點。其優點是能提高燃油經濟性，缺點是不能達到零排放，只能改善其排放。在零排放電動車未成主流之前， 可起到過渡性發展的作用。日本豐田Prius 產品的出現，給整個工業以極大推動作用。這類車將以高功率型MH2Ni 電池及鋰離子電池為主。展望未來，盡管目前Prius 車的售價是受政府補貼的，但可以預期隨著油價的上升，技術的進步， 銷售量的擴大， 其成本會不斷降低， 最后達到有限商品化的程度。我國汽車工業水平相對落后，對HEV的開發， 剛剛提到議事日程， 它牽涉到我國整個汽車工業的發展戰略問題， 有待有關部門的深入研究。

　　（3） FCEV燃料電池電動車這是一種唯一能與燃油汽車相比的電動車， 有可能成為未來的主流技術。但燃料電池要達到商品化還要克服許多難題，如氫的貯存、產氫供氫基礎設施、液體燃料轉化器的開發， 系統響應性的提高等。為了分擔技術開發費用及風險， 國外各大汽車公司均采用攜手合作的辦法， 如福特和戴姆勒克萊斯勒于1997 年底宣布共同投資近10 億美元合作開發燃料電池電動汽車技術，設定2004 年推出燃料電池電動車產品的目標。通用和豐田公司最近也宣布聯合開發意向。可以預期在今后5~10 年內， 燃料電池電動車技術會得到較快發展。

　　我國以大連化物所為中心，正在開發PEMFC 技術及氣體燃料轉化器技術并計劃在2000 年底進行裝車演示。鑒于燃料電池電動車是一個復雜的高新技術系統工程，很有必要采取強強聯合，分擔技術開發費用及風險， 發揮政府、企業和科研的聯合力量，加快技術開發進度。