1、前言
自 1839年英国化学家William Grove发明燃料电池以来，一直处于试验室研究阶段，在六十年代美国国家航空航天局把这一技术作为航天器的动力。在过去的十年里，全世界越来越关注全球环境问题，关注“绿色”技术。燃料电池具有提高燃料效率和实现零排放或低排放的特点，被认为是未来的清洁、低噪音车辆的最好动力源。所以在汽车上的燃料电池研究不断深人，并已取得进展。在各种燃料电池汽车中，由于大客车在市区集中使用，起动停车频繁用微发污染物和颗粒物是城市的主要污染源，大客车有空间容纳燃料电池发动机，被认为是最有可能首先走向实用，实现产业化的车型，所以燃料电池城市大客车的研究与开发在国外越来越受到重视。加拿大巴拉德动力系统公司在1993年研制了全球第一辆车长9.7m的质子交换膜燃料电池大客车，美国首都华盛顿的乔治城大学于1994 年开发了车长gm的燃料电池大客车，德国尼奥普兰汽车公司1999年开发出车长8m的燃料电池公共汽车，日本丰田公司于200年展示了车长10m的燃料电池大客车，瑞典的斯堪尼亚汽车公司开发了燃料电池公共汽车，中国清华大学开发的车长11m的燃料电池大客车。
本文在对车用燃料电池氢源的制取、储存及各自特点分析的基础上，对燃料电池城市大客车的氢源发展趋势进行研究。 目前，燃料电池主要有五种类型，包括碱性电解质燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEM-FC）、磷酸燃料电池（PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC），区别主要在于电池中的电解质和工作温度不同。由于质子交换膜燃料电池属于低温型燃料电池，保温问题比较容易解决，而且起动所需要的暖机时间较短，采用固体膜做电解质降低了结构的复杂性，同时，当以纯氢做燃料时，质子交换膜燃料电池不需要去除杂质的辅助系统，使系统结构简化，上述优点使之成为研究最为活跃、进展最快、车上应用最多的燃料电池，文献1所列的27辆燃料电池大客车中，有22辆使用的是质子交换膜燃料电池。
燃料电池的燃料选择必须考虑几个方面，包括：运输的方便程度、储存的基础设施建设、生产成本、资金需求、能量效率和性能等方面。燃料电池使用所使用的燃料很多，电化学反应为： 燃料十氧化剂一水十其它生成物十电 只有当燃料电池以氢气做燃料时，燃料电池的输出才只有电和水，实现零排放，而且纯氢做燃料时，燃料电池系统起动时间短，动态响应快，尽管在温室气体排放、成本和技术等方面有争论，但普遍认为氢是燃料电池的最好燃料，所以近期开发的车用燃料电池都要求以氢气为燃料。
2、车用燃料电池的氢源及特点 车用燃料电池所使用的氢气可以有两种途径获得：
1）储存在车上气瓶里的纯统；
2）由车载重整装置对甲醇、天然气和原油中的碳氢化合物（如汽油，柴油等）重整后得到富含氢的气体，直接提供给燃料电池； 储存在车上的纯氢可以采用电解水或地面重整制氢后存储在加气站。根据制氢地点的不同，有就地制氢和通过运输供氢的集中制氢两类。就地制氢可省去运输过程，集中制氢不但要有运输过程，而且现场要有较大的储氢设备。气态氢可以采用管线输送至加气站，利于降低成本。当采用非车载制氢方案时，氢的存储、运输等方面存在很大的危险性，需要相当完备的报警系统。
2.1电解水制氢
电解水制氢的最大优点就是能够得到纯度很高的氢气，提供给燃料电池，可以实现零排放。电解水制氢所使用的能源可以来自水力能、太阳能、风能和原子能等无污染的能源，对环境的污染很少。电解产生的氢气经干燥提纯、压缩后送去储存。
2.2地面重整制氢
重整制氢可以采用甲醇、天然气或从原油中提炼的碳氢化合物，如汽油、柴油等为原料。而地面重整制氢以天然气、甲醇等为原料在地面进行，然后由加气站给车上的气瓶加注即可，这样车上可以不必安装重整装，利于整车布置，降低车辆控制的复杂程度。 汽油重整制氢 利用汽油重整制氢，可以使用现有的完善的基础设施。汽油含有不同类型的碳氢化合物，包括烷烃类（paraffins），环烷烃（naphthens），烯烃（olefins）和芳烃（aromatics）,而且汽油还含有许多硫化合物以及少量的添加剂，有时甚至含有氧化剂和乙醇。在不考虑芳香族化合物时，汽油的碳氢成份具有相似的重整性能，氧化添加剂有助于改善重整反应。值得注意的是:
1)芳香族化合物和硫化合物会导致重些反应的迅速退化，而且重整反应的降低与芳香族化合物的类型有关；
2）所有汽油重整处理系统都要求温度超过700℃以上，才能分解汽油中的稳定成分以及中间成分甲烷；
3）重整系统要求不含一氧化碳；
4）冷起动时要求外部热源加热，以达到重整装置催化剂的工作温度。目前汽油重整还有许多技术问题。 甲醇重整制氢 车载重整装置利用甲醇制氢的燃料电池汽车可以实现近零排放，其优点在于甲醇比氢气易于存储和运输，而且比汽油容易重整。但是在氢气中的一氧化碳会影响燃料电池的性能，所以一氧化碳的净化非常重要，需要一氧化碳净化装置，增加结构的复杂程度。
天然气重整制氢 天然气重整制氢会产生二氧化碳，尽管比内燃机车辆排出的少，而且比其它制氢方法效率高，但这种方法会造成温室效应的气体，对地球环境带来危害，已被“京都协议”所限制。 燃料电池的输出与进人阳极的氢气纯度有关，压缩纯氢存储方式提供的是纯氢，而按体积计算，甲醇重整提供的氢纯度是 75％，汽油重整提供的氢纯度是 35％。目前越来越多的燃料电池汽车使用纯氢或甲醇重整氢气做氢源。
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