如果你想開上電動汽車進(jìn)行長途旅行，就需要一部燃?xì)怛?qū)動的發(fā)電機(jī)，就像雪佛蘭•福特中(Chevrolet Volt)的那種，這樣才能延長它的行駛里程。問題是，它用這樣的發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并不比傳統(tǒng)汽車更有效率。事實(shí)上，它的效率甚至更低，因?yàn)樗幸粋€沉重的電池組，帶起來很費(fèi)力。
油老虎：馬里蘭大學(xué)開發(fā)的燃料電池。來源：馬里蘭大學(xué)
現(xiàn)在，美國馬里蘭大學(xué)(University of Maryland)的研究人員開發(fā)出一種燃料電池，更為有效，可以替代汽油發(fā)電機(jī)。就像所有的燃料電池一樣，它發(fā)電依靠的是化學(xué)反應(yīng)，而不是燃燒燃料，而且發(fā)電效率兩倍于內(nèi)燃發(fā)電機(jī)。
研究人員的燃料電池大大改進(jìn)了版本，這種型號有一種陶瓷固體電解質(zhì)(solid ceramic electrolyte)，而且被稱為固體氧化物燃料電池(solid-oxide fuel cell)。不同于汽車中常用的氫燃料電池，固體氧化物燃料電池的運(yùn)行可以采用多種現(xiàn)成燃料，包括柴油，汽油和天然氣。它們已經(jīng)被用于給建筑物發(fā)電，但都認(rèn)為在汽車中使用不切實(shí)際，因?yàn)樗鼈兲螅惨驗(yàn)樗鼈冞\(yùn)行溫度非常高，通常大約需要900攝氏度。
通過開發(fā)新的電解質(zhì)材料，改變電池設(shè)計(jì)，研究人員制成的燃料電池更加緊湊。它可以產(chǎn)生10倍以上的功率，這是對比同樣尺寸的傳統(tǒng)電池而言，而且可以比汽油發(fā)動機(jī)更小，同時產(chǎn)生同樣的功率。
研究人員也降低了燃料電池的運(yùn)行溫度，降低了幾百度，這就使他們可以使用更便宜的材料。 “這是一個巨大的成本差異，”埃里克•瓦西門(Eric Wachsman)說，他是馬里蘭大學(xué)能源研究中心主任，領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究。他說，研究人員已經(jīng)確定了一些簡單的方法，可以提高輸出功率，進(jìn)一步降低溫度，使用的一些方法在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)顯示出可喜的成果。這些進(jìn)展可使成本降低到某一點(diǎn)，這樣它們就可與汽油發(fā)動機(jī)競爭。瓦西門說，他正處在早期階段，要開辦公司，商業(yè)化這項(xiàng)技術(shù)。
瓦西門的燃料電池目前運(yùn)行在650攝氏度，而他的目標(biāo)是降低到350攝氏度，以用于汽車。隔離燃料電池并不難，因?yàn)樗鼈兒苄?，一個足夠大的燃料電池組，要驅(qū)動汽車，只需要10厘米的邊長。高溫是一個更大的問題，因?yàn)檫@就需要在設(shè)備中使用昂貴的耐熱材料，也因?yàn)榧訜犭姵剡_(dá)到工作溫度，需要較長的時間。降低溫度，瓦西門就可以使用較便宜的材料，而且可以減少電池啟動所需要的時間。
即使有了這些進(jìn)步，燃料電池仍然不會很快上場，而汽車每次短途行駛，開關(guān)電池都會導(dǎo)致很大的磨損，這會減少它的壽命。相反，它會搭配電池組，就像福特中的內(nèi)燃機(jī)那樣，瓦西門說。這樣，燃料電池的運(yùn)行就可以更平穩(wěn)，有助于保持電池的優(yōu)勢，不會產(chǎn)生突然發(fā)力加速。
研究人員取得他們的成果，主要是因?yàn)楦倪M(jìn)了固體電解質(zhì)材料，這些材料就在固體氧化物燃料電池的核心。在傳統(tǒng)的燃料電池中，電解質(zhì)要足夠厚，以提供結(jié)構(gòu)性支持。但電解質(zhì)的厚度限制了發(fā)電量。在過去的幾年中，研究人員一直在開發(fā)一些設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)不需要電解質(zhì)支持電池，這樣，他們就可以使電解質(zhì)更薄，在較低溫度下獲得很高的輸出功率。馬里蘭大學(xué)的研究人員使這一步邁得更大，他們開發(fā)出新的多層電解質(zhì)，提高的輸出功率還要多。
這項(xiàng)工作是美國能源部更大項(xiàng)目的一部分，在過去十年中，這一項(xiàng)目就是使固體氧化物燃料電池可以進(jìn)行實(shí)際運(yùn)輸。這項(xiàng)工作的第一個成果，可能不會是轎車中的燃料電池，到目前為止，瓦西門只制作出相對較小的燃料電池，而重大的工程工作仍有待完成。首次應(yīng)用固體氧化物燃料電池的車輛，可能會是長途卡車，這種卡車的駕駛室?guī)P鋪。
設(shè)備供應(yīng)商如德爾斐公司(Delphi)和康明斯公司(Cummins)正在開發(fā)的燃料電池，可以驅(qū)動駕駛室內(nèi)的空調(diào)、電視和微波爐，有望削減85%的燃料消耗，這是對比空轉(zhuǎn)的卡車發(fā)動機(jī)而言。德爾斐公司的系統(tǒng)還采用了一種設(shè)計(jì)，可適用更薄的電解質(zhì)，但運(yùn)行溫度高于瓦西門的燃料電池。燃料電池可以在星期一開啟，讓它低速運(yùn)行一周，仍然可以減少85%的能耗。德爾斐公司已經(jīng)制成一個原型，而且計(jì)劃明年演示安裝在卡車上的系統(tǒng)。
