2400 700 5700 12400
能量密度 (Wh/L)
600 2400 2100 4500 4500 9100
a:环境温度@20MPa压力；b:低温环境@0.1MPa压力
氢能
氢能时代的能源系统
氢能来源 ◇矿物燃料制氢
氢能
氢能
氢能来源 ◇再生能源电解制氢
加氢站
氢能
家用氢能站氢能Fra bibliotek载也达到阴极。在阴极催化剂的作用下，生成水反应式为：
2H
2e
1 2
O2
H 2O
（3）综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为：
2H 2 O2 2H 2O
伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气 的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。
燃料电池中的催化作用
燃料电池中的电催化作用是用来加速燃料电池化学反应中 电荷转移的一种作用，一般发生在电极与电解质的分界面 上。
以车载蓄电池为动力的蓄电池电动汽车，Electric Vehicle--EV ）亦
称之为纯电动汽车。
以车载多能源为动力的混合动力电动汽车，Hybrid Electric Vehicle-HEV），其动力来自2个或2个以上能源，如蓄电池，超级电容， 飞轮电池，太阳能，内燃机，燃气轮机，斯特林发动机等。
2.1碱性燃料电池（AFC）、 2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC） 2.3磷酸燃料电池（PAFC）、 2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、 2.5固体氧化物燃料电池（SOFC）、
3. 按燃料类型分
3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池
燃料电池可依据其工作温度、所用燃料的
催化剂是一类可产生电催化作用的物质。电催化剂可以分 别用于催化阳极和阴极反应。这种分离的催化特征，使得 人们可以更好地优选不同的催化剂。
*评价催化剂的主要技术指标为稳定性、电催化活性、电
导率和经济性。
燃料电池的分类
1、按燃料电池的运行机理分
分为酸性燃料电池和碱性燃料电池
2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电 解质
基于这些原因，电动汽车就成为解决能源与环境问题的一个 选择。
汽车动力系统的发展方向
电动汽车是至少以一种动力源为车载电源，全部或部分由电机驱 动，符合道路交通安全法规的汽车。它因车载动力系统不同可分 为三类：
以车载燃料电池为动力的燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle--FCEV） ；
储氢方法
氢能
(1)压缩氢气(CHG)
将CHG装在20~35MPa玻璃纤维加强的铝瓶中。
◇优点：质量轻、成本低、技术成熟以及燃料补充迅速等。
◇缺点：体积大、存在安全问题。
(2)液态氢
冷冻氢气至-253℃以下，形成液态氢，并储存在低温容器中。
◇优点：体积小、能量密度高、燃料补充迅速。
◇缺点：生产成本和销售成本昂贵，具有挥发性等。
(3)储氢金属
使氢气与金属镁和钒反应形成储氢金属，储氢反应是可逆的并与分解温度 有关(最高可达300℃)。
◇优点：尺寸紧凑、使用安全等。
◇缺点：氢气分离温度高(储氢镁分离温度287℃)以及相对较低的比能量(储 氢钒比能量为700Wh/kg)。
※纳米材料储氢······
储氢方法 压缩氢气罐
氢能
超越3号 FCEV
后石油时代大型移动动力源(如汽车动力源)的解决方案 ◇生物燃料如生物柴油、乙醇等 ◇开发高比能量、高比功率的二次电池，发展电动车 ◇以氢为能量载体，用燃料电池发电(即所谓氢能经济)
氢能
氢气具有比任何燃料都高的比能量
燃料
压缩氢气a 液态氢气b
储氢镁 储氢钒 甲醇 汽油
比能量 (Wh/kg) 33600 33600
燃料电池电动汽车
氢能、燃料电池及其动力系统 燃料电池的结构及性能 燃料电池电动汽车实例分析
氢能、燃料电池及其动力系统
氢能 燃料电池概述 燃料电池发动机
氢能
现在生活和生产用能 ◇固定能源：电网的电（水电、火电、核电、风能发电、太阳能 发电等） ◇移动动力源：以石油为代表的液体燃料（汽车、飞机等） ◇化学电源：电池（手机、各种小型电动工具）
种类和电解质类型进行分类。按照工作温度，
燃料电池可分为高、中、低温型三类。按燃料 来源，燃料电池可分为直接式燃料电池(如直接 甲醇燃料电池)，间接式燃料电池(如甲醇通过重 整器产生氢气，然后以氢气为燃料电池的燃料) 和再生类型进行分类。依据电解质的不同，可 将燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸 型 燃 料 电 池 （ PAFC ） 、 熔 融 碳 酸 盐 燃 料 电 池 （MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及 质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。
Ford Focus FCEV
燃料电池概述
燃料电池(Fuel Cell)是一种把燃料氧化的化学能直 接转换为电能的“发电装置”。 (问世于1839年)
质子交换膜 燃料电池
熔融碳酸盐 燃料电池
燃料电池的基本原理
燃料电池的特点 燃料电池的能量转换效率高，不受卡诺效率限制。 清洁、环保。没有SOx、NOx气体和固体粉尘的排放。 可靠性和操作性良好，噪声低。 所用燃料广泛。
燃料电池的组成和工作原理 燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外 电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。
燃料电池的基本单元
燃料电池的工作原理（以氢氧磷酸型电池为例）
（1）氢气在阳极催化剂的作用下，发生下列阳极反应：
H 2 2H 2e
（2）氢离子穿过电解质到达阴极。电子则通过外电路及负
我国汽车排放造成的大气污染问题也十分严重。世界银行一 个专家组的调查报告中指出：中国大城市的污染状况目前是全世 界最为严重的，全世界空气污染最严重的20个城市中，有10个在 中国。而中国华北、华东的大城市调查中，大气污染的70％来自 于汽车的尾气排放。
电动汽车依靠电能驱动车辆，而电能在驱动汽车行驶过程中 基本不排放有害气体，对环境不会造成污染。
汽车新技术概论
汽车学院汽运系 蔡永华
参考教材
课程结构
新能源技术 发动机新技术 底盘新技术 安全新技术
新能源技术
电动汽车 替代燃料汽车
第一章 电动汽车—21世纪的绿色交通工具
随着世界经济的快速发展，能源与环境已经成为人类发展和
生存的重大问题。内燃机汽车使用的燃料均为一次性能源，开发 使用后便不可再生。随着全球能源消耗的增加，地球的矿物能源 已面临枯竭。环境问题也日益突出，在世界各地的大、中城市， 大气污染物中约40％～70％来自内燃机汽车的尾气排放。