汽油燃料电池提高电动汽车行程

如果你想开上电动汽车进行长途旅行，就需要一部燃气驱动的发电机，就像雪佛兰•福特中（Chevrolet Volt）的那种，这样才能延长它的行驶里程。问题是，它用这样的发电机运行，并不比传统汽车更有效率。事实上，它的效率甚至更低，因为它有一个沉重的电池组，带起来很费力。

油老虎：马里兰大学开发的燃料电池。 来源：马里兰大学

现在，美国马里兰大学（University of Maryland）的研究人员开发出一种燃料电池，更为有效，可以替代汽油发电机。就像所有的燃料电池一样，它发电依靠的是化学反应，而不是燃烧燃料，而且发电效率两倍于内燃发电机。

研究人员的燃料电池大大改进了版本，这种型号有一种陶瓷固体电解质（solid ceramic electrolyte），而且被称为固体氧化物燃料电池（solid-oxide fuel cell）。不同于汽车中常用的氢燃料电池，固体氧化物燃料电池的运行可以采用多种现成燃料，包括柴油，汽油和天然气。它们已经被用于给建筑物发电，但都认为在汽车中使用不切实际，因为它们太大，也因为它们运行温度非常高，通常大约需要900摄氏度。

通过开发新的电解质材料，改变电池设计，研究人员制成的燃料电池更加紧凑。它可以产生10倍以上的功率，这是对比同样尺寸的传统电池而言，而且可以比汽油发动机更小，同时产生同样的功率。

研究人员也降低了燃料电池的运行温度，降低了几百度，这就使他们可以使用更便宜的材料。 “这是一个巨大的成本差异，”埃里克•瓦西门（Eric Wachsman）说，他是马里兰大学能源研究中心主任，领导这项研究。他说，研究人员已经确定了一些简单的方法，可以提高输出功率，进一步降低温度，使用的一些方法在实验室已经显示出可喜的成果。这些进展可使成本降低到某一点，这样它们就可与汽油发动机竞争。瓦西门说，他正处在早期阶段，要开办公司，商业化这项技术。

瓦西门的燃料电池目前运行在650摄氏度，而他的目标是降低到350摄氏度，以用于汽车。隔离燃料电池并不难，因为它们很小，一个足够大的燃料电池组，要驱动汽车，只需要10厘米的边长。高温是一个更大的问题，因为这就需要在设备中使用昂贵的耐热材料，也因为加热电池达到工作温度，需要较长的时间。降低温度，瓦西门就可以使用较便宜的材料，而且可以减少电池启动所需要的时间。

即使有了这些进步，燃料电池仍然不会很快上场，而汽车每次短途行驶，开关电池都会导致很大的磨损，这会减少它的寿命。相反，它会搭配电池组，就像福特中的内燃机那样，瓦西门说。这样，燃料电池的运行就可以更平稳，有助于保持电池的优势，不会产生突然发力加速。

研究人员取得他们的成果，主要是因为改进了固体电解质材料，这些材料就在固体氧化物燃料电池的核心。在传统的燃料电池中，电解质要足够厚，以提供结构性支持。但电解质的厚度限制了发电量。在过去的几年中，研究人员一直在开发一些设计，这些设计不需要电解质支持电池，这样，他们就可以使电解质更薄，在较低温度下获得很高的输出功率。马里兰大学的研究人员使这一步迈得更大，他们开发出新的多层电解质，提高的输出功率还要多。

这项工作是美国能源部更大项目的一部分，在过去十年中，这一项目就是使固体氧化物燃料电池可以进行实际运输。这项工作的第一个成果，可能不会是轿车中的燃料电池，到目前为止，瓦西门只制作出相对较小的燃料电池，而重大的工程工作仍有待完成。首次应用固体氧化物燃料电池的车辆，可能会是长途卡车，这种卡车的驾驶室带卧铺。

设备供应商如德尔斐公司（Delphi）和康明斯公司（Cummins）正在开发的燃料电池，可以驱动驾驶室内的空调、电视和微波炉，有望削减85％的燃料消耗，这是对比空转的卡车发动机而言。德尔斐公司的系统还采用了一种设计，可适用更薄的电解质，但运行温度高于瓦西门的燃料电池。燃料电池可以在星期一开启，让它低速运行一周，仍然可以减少85％的能耗。德尔斐公司已经制成一个原型，而且计划明年演示安装在卡车上的系统。