BEV 和 FCEV 都是兩種“清潔”汽車(chē)技術(shù)，能夠減少溫室氣體的排放。在本文中，我們將了解這兩種技術(shù)如何不被視為對(duì)立的，而是如何互補(bǔ)，在運(yùn)輸部門(mén)的逐步脫碳中共同合作。

道路運(yùn)輸?shù)闹鸩矫撎己驼疁p少二氧化碳排放的指令正迫使汽車(chē)制造商增加對(duì)環(huán)境影響較小的車(chē)輛的供應(yīng)，即低排放甚至零排放。

在這種情況下，最熱門(mén)的話題之一是電池電動(dòng)汽車(chē) (BEV) 和燃料電池電動(dòng)汽車(chē) (FCEV) 之間的比較，目的是展示這兩種技術(shù)中哪一種能提供最佳結(jié)果。與所有電動(dòng)汽車(chē)一樣，F(xiàn)CEV 使用電力為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。如圖 1所示，不同之處在于 FCEV 使用燃料電池發(fā)電，而不是直接從電池中獲取電力。因?yàn)殡娏κ峭ㄟ^(guò)車(chē)載氫氣和空氣中存在的氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，所以唯一的廢氣排放物是水蒸氣。

關(guān)于 BEV 和 FCEV 之間哪種技術(shù)更清潔或產(chǎn)生的污染排放量最少的爭(zhēng)論仍然懸而未決。為了比較兩種技術(shù)解決方案，首先需要評(píng)估從生產(chǎn)到最終使用的整個(gè)能源生命周期中產(chǎn)生的排放。BEV 和 FCEV 與它們使用的電力或氫氣源一樣清潔。其優(yōu)點(diǎn)是電力和氫氣都可以從可再生能源（如太陽(yáng)能或風(fēng)能）中獲得，氫氣可以在加氫站就地直接生產(chǎn)。

燃料電池原理
燃料電池基本上由陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)組成。然后將幾個(gè)基本單元（幾百個(gè)）連接在一起，以達(dá)到特定應(yīng)用所需的電壓。盡管工作原理保持不變，但燃料電池有多種類(lèi)型，它們?cè)谒褂玫碾娊赓|(zhì)類(lèi)型上有所不同。汽車(chē)領(lǐng)域最常用的燃料電池類(lèi)型是聚合物電解質(zhì)膜燃料電池 (PEMFC)，如圖 2所示。

圖 2：PEMFC 的工作原理（圖片：維基百科）

聚合物膜呈酸性，輸送的離子為氫離子或質(zhì)子。電池以純氫為燃料，氧化劑為空氣或純氧。PEMFC 的工作溫度接近 80°C，效率和功率密度非常高，是汽車(chē)應(yīng)用的理想選擇。PEMFC 的一個(gè)有趣之處在于它們的運(yùn)營(yíng)成本低，因?yàn)槟ぃ▽?shí)際上是一種去離子過(guò)濾器）不是昂貴的部件，每 30,000 英里只需更換一次。通過(guò)將 PEMFC 與可充電電池配對(duì)，我們可以制造出一種混合動(dòng)力汽車(chē)，汽車(chē)制造商可以對(duì)其進(jìn)行配置，使其與電動(dòng)機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)差別地運(yùn)行。燃料電池與內(nèi)燃機(jī) (ICE) 有直接的類(lèi)比。ICE 將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。后者直接用于移動(dòng)車(chē)輛或通過(guò)交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。燃料電池的作用方式非常相似，通過(guò)化學(xué)過(guò)程發(fā)電，但不會(huì)產(chǎn)生污染排放。在不久的將來(lái)，F(xiàn)CEV 有望以與 BEV 互補(bǔ)的方式運(yùn)行，促進(jìn)使用氫作為化石燃料的替代品。

FCEV 和 BEV 比較
基于電池和燃料電池的電動(dòng)汽車(chē)可以根據(jù)一些關(guān)鍵因素進(jìn)行比較：

能量密度（每單位質(zhì)量的能量）。氫氣具有令人印象深刻的 40,000 Wh/kg 的比能量，而最先進(jìn)的鋰離子電池的比能量約為 250 Wh/kg。該系列的頂級(jí)產(chǎn)品是 Tesla S，它使用鎳、鈷和鋁 (NCA) 電池，能夠提供 248 Wh/kg 的功率密度。這意味著氫氣每公斤可提供數(shù)百倍的能量，從而使車(chē)輛能夠在不增加太多重量的情況下擴(kuò)大其續(xù)航里程。

加油和充電時(shí)間。一輛 FCEV 可以在不到五分鐘的時(shí)間內(nèi)輕松地充滿燃料，而正常充電的 BEV 有時(shí)需要幾個(gè)小時(shí)，或者使用超快速充電（如果可用）幾乎需要一小時(shí)。此外，燃料電池汽車(chē)一次加注即可提供更長(zhǎng)的續(xù)航里程，是遠(yuǎn)程車(chē)輛的理想解決方案。相比之下，F(xiàn)CEV 不能像 BEV 那樣在家中加油。然而，世界上大多數(shù)國(guó)家都計(jì)劃增加加氫站的數(shù)量，在幾年內(nèi)達(dá)到其全國(guó)覆蓋范圍。

操作周期。如今，幾乎所有電動(dòng)汽車(chē)電池的保修期至少為 8 年或 100,000 英里，這是第一位的。汽車(chē)鋰離子電池的壽命嚴(yán)格取決于充電/放電循環(huán)次數(shù)以及熱管理系統(tǒng)和電池緩沖器提供的保護(hù)（防止電池完全放電或充電，這是一種有害條件）對(duì)于這種電池）。相反，燃料電池堆的估計(jì)壽命約為 5,000 小時(shí)，相當(dāng)于行駛 150,000 英里。短距離行駛會(huì)給膜帶來(lái)嚴(yán)重的壓力，膜會(huì)反復(fù)潤(rùn)濕和干燥。連續(xù)運(yùn)行，燃料電池堆可能能夠無(wú)故障運(yùn)行 40,000 小時(shí)。

整體效率。根據(jù)美國(guó)能源部 (DOE) 的研究，F(xiàn)CEV 在 25% 額定功率下的整體效率約為 57%，計(jì)算效率約為 60%。如圖 3所示，DOE 2020 目標(biāo)用星號(hào)表示，對(duì)應(yīng)于 65% 的整體效率。盡管取得了良好進(jìn)展，實(shí)際值與計(jì)算值之間的差距縮小，但 FCEV 制造商仍需進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)效率目標(biāo)。

圖 3：燃料電池效率與額定功率的關(guān)系（圖片：美國(guó)能源部）

隨著車(chē)輛設(shè)計(jì)范圍的增加，BEV 迅速變重，效率降低。因此，我們可以說(shuō) BEV 對(duì)于短距離旅行非常有效，但對(duì)于長(zhǎng)距離旅行則不然。不同類(lèi)型車(chē)輛的能效與設(shè)計(jì)范圍之間的關(guān)系如圖 4所示。在短距離內(nèi)，BEV 達(dá)到了最高的效率水平。然而，隨著續(xù)航里程的增加，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和 FCEV 變得更加高效。在長(zhǎng)距離上，F(xiàn)CEV 提供了最大的效率。

圖 4：能效與設(shè)計(jì)范圍

旨在為 BEV 和 FCEV 車(chē)輛充電的基礎(chǔ)設(shè)施的智能和組合使用使我們能夠利用這兩種技術(shù)提供的綜合優(yōu)勢(shì)。例如，電動(dòng)汽車(chē)夜間充電的簡(jiǎn)單性和成本效益可以與用于長(zhǎng)距離 FCEV 車(chē)輛的加氫站相結(jié)合。提供兩種基礎(chǔ)設(shè)施推出的綜合戰(zhàn)略可以最大限度地提高能源效率，優(yōu)化可再生能源的使用并減少二氧化碳排放。氫氣的優(yōu)勢(shì)在于，加氫站可以使用可再生能源直接在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，無(wú)需連接到更廣泛的加氫網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)。或者，

結(jié)論
BEV 可降低消耗并提高能源效率，前提是它們的總重量不太高（重量取決于安裝的電池?cái)?shù)量和容量）。因此，在短距離內(nèi)運(yùn)行的輕型 BEV 可以獲得最大的效率。FCEV 車(chē)輛能夠相對(duì)于其重量存儲(chǔ)更多能量，并且可以更快地執(zhí)行燃料電池的再填充。因此，F(xiàn)CEV 對(duì)于長(zhǎng)途旅行和需要最少停機(jī)時(shí)間的應(yīng)用（卡車(chē)、運(yùn)輸巴士或工業(yè)車(chē)輛）非常有效。未來(lái)的出行將越來(lái)越豐富基于共享交通工具的解決方案，未來(lái)電池電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)將發(fā)揮互補(bǔ)而非對(duì)立的作用。

審核編輯 黃昊宇