燃料电池发动机的特点

1、燃料电池的优点

1)节能、转换效率高、不需要石油燃料

a)除用汽油重整产生氢气外，其他（甲醇、碳氢化合物等）燃料基本不用石油燃料。

由发动机经驱动系统到车轮的综合效率，内燃机汽车为11％左右。以氢气为燃料的FCEV实际效率达到50％～70％；用甲醇为燃料，经过重整产生氢气FCEV，实际效率达到34％。可见，FCEV的实际效率大大高于内燃机汽车。

b)内燃机在额定功率附近才有最高效率，而在部分功率输出条件下运转，效率迅速降低。

燃料电池在额定功率下的效率可以达到60％，而在部分功率输出条件下运转效率可以达到70％，在过载功率输出条件下运转效率可以达到50～55％。高效率随功率变化的范围很宽，在低功率下运转下率高，特别适合于汽车动力性能的要求。

c)内燃机过载能力低，在过载运转时容易"熄火"。

燃料电池短时间的过载能力，可以达到额定功率的200％，非常适合汽车在加速和爬坡时动力性能的特征。

综上几点，燃料电池的节能远远超过内燃机，而且稳定性和可靠性高于内燃机。

2)排放达到零污染

内燃机排放废气中的有害气体，对环境造成的污染是内燃机汽车的致命缺点，尽管采取了各种各样的机内和机外的技术措施，只能是达到"低污染"的水平，由于内燃机汽车的数量庞大，即使是"低污染"也给地球环境带来巨大影响。用氢气作为燃料的燃料电池发动机主要生成物质为水，属于"零污染"。用碳氢化合物作为燃料的燃料电池发动机主要生成物质为水、二氧化碳和一氧化碳等，属于"超低污染"。出于对地球环境保护的要求和谋求新的能源，燃料电池发动机是比较理想的动力装置，并有可能逐渐取代石油作为车辆的主要能源。

3)车辆性能接近内燃机汽车

内燃机的比功率约为300W/kg，目前燃料电池本体的比功率为700W/kg，功率密度1000W/L。如果包括燃料电池的重整器、净化器和附属装置在内，比功率为300～350W/kg，功率密度280W/L。在能量方面燃料电池与内燃机相接近，因此其动力性能可以达到内燃机汽车的水平。

4)结构简单、运行平稳

a)燃料电池发动机的能量转换是在静态下完成，结构件构造简单。加工精度要求比内燃机低得多。特别是质子交换膜燃料电池能量转换效率高，能够在80℃得低温条件下起动和运转，对结构件的耐热性能要求也不高。结构件大多数为板状和管件，没有运动零部件和各种摩擦副，没有因零部件磨损引起的故障，维修、保养方便。

b)燃料电池发动机由多个单体燃料电池串联组成，可以配置成各种不同规格的系列燃料电池发动机组，可以装配在不同用途和不同型号的车辆上。在车辆上可以根据车辆的轴荷分配车辆有效空间的利用等具体情况，灵活、机动地进行总布置。

c)燃料电池发动机在运行过程中，噪声小、振动小、散热系统比内燃机简单得多、热管理系统也更加简单；产出物不需要进行净化和消声处理，整个燃料电池系统容易实现自动化系统管理。

2、燃料电池的缺点

1)燃料种类单一

目前，不论是液态氢、气态氢、储氢金属储存的氢，还有碳水化合物经过重整后转换的氢是燃料电池的唯一燃料。氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求很高。但燃料种类的单一性，可以建立标准化、统一的供给系统。

2)要求高质量的密封

燃料电池的单体电池所能产生的电压约为1V，不同种类的燃料电池的单体电池所能产生的电压略有不同。通常将多个单体电池按使用电压和电流的要求组合成为燃料电池发动机组，在组合时，单体电池间的电极连接时，必须要有严格的密封，因为密封不良的燃料电池，氢气会泄漏到燃料电池的外面，降低了氢的利用率并严重影响燃料电池发动机的效率，还会引起氢气燃烧事故。由于要求严格的密封，使得燃料电池发动机的制造工艺很复杂，并给使用和维护带来很多困难。

3)比功率还要进一步提高

内燃机的比功率约为300W/kg，以氢为燃料的燃料电池比功率约为300～350W/kg，功率密度为280W/L。甲醇经过重整产生的氢为燃料的燃料电池综合功率密度（包括重整器质量）降低到220W/L。为了满足FCEV动力性能的要求，需要进一步提高燃料电池发动机的比功率。

4)造价太高

目前质子交换膜燃料电池是最有发展前途的燃料电池之一，但质子交换膜燃料电池需要用贵金属铂（pt）作为催化剂，其使用量要求达到0.1～0.2mg/cm3，目前用量要求达到0.5mg/cm3，距离要求还较远。而且铂（pt）在反应过程中受CO的作用会"中毒"而失效。铂（pt）的使用和铂（pt）的失效使质子交换膜燃料电池的造价持高不下。

5)需要配备辅助电池系统

燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收FCEV再生制动的反馈能量。通常在FCEV上还要增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和在FCEV减速时接受再生制动时的能量。