虽然石油提供了机械运作的原动力，但是数十年下来，因为燃烧石油所带来的环境劣化，已经对整体的生态产生相当重大的影响。尤其对交通工具来说，更是将污染带往地球的每一个角落，未来期望降低对地球环境的伤害，必须从原动力进行开发。

▲丰田汽车积极发展燃料电池技术。（数据源：日本全国地球温暖化防止活动推进中心）

　以目前汽车而言，短中长期已经分别朝向混合动力、电力驱动，和燃料电池进行发展，关键点在于开发出降低二氧化碳排放量的技术与组件，而已以汽车行驶过后，不会对环境造成丝毫伤害为最终的目标。

　韩国、日本与欧洲国家已经对汽车所排放出的二氧化碳，进行检讨及订定降低二氧化碳排放量的目标。日本的目标是2009年后，每辆小客车每行驶1公里，二氧化碳排放量必须低于140克，并且每一公升的汽油能够达到行驶17公里以上的距离。而欧洲则是提前在2006年左右，希望能够达到170g/km的目标。

　达到170g/km低耗油的目标，以今天的汽、柴油燃烧技术，是不容易达到的，而必须有赖于新技术的加入，借以降低对汽、柴油的依赖。一般而言，使用汽油引擎的汽车，其能源的转换效率约在14％左右，再加上汽油从原油提炼的效率约为88％，如此一来，从原油到引擎室所获得的能源转换效率更是低于13％。

　所以在转换效率这一方面，必须思考如何有效的提升，就现阶段而言，必须加入相当程度的电气动力，来降低汽油引擎对于燃料的需求。根据丰田新发表的混合动力汽车数据，可以看到因为加入了电气动力，在整体的转换效率提升到了32％。

　无论对于燃料的耗费或环境所带来的影响都可达到有效的抑制。另一方面，众所期待的燃料电池汽车，目前的能源转换效率约为29％，比今天的合动力汽车还低，在技术上未来必须有所提升，超过40％以上的能源转换效率将会是燃料电池汽车急待努力的目标。

■锂离子2次电池逐渐导入车用领域

　可携式产品所使用的2次电池，最早是采用镍镉材料，直到80年代后期，镍氢电池才开始被大量使用。直到SONY提高镍氢电池的密度，及锂离子电池的出现，因为增长了可携式产品的使用时间，才大量推动可携式产品的市场，随后，由于锂离子电池的特性能力不断的被强化，及成本大幅度的降低，使得现阶段大多数的可携式产品都是使用锂离子2次电池，不过整体而言，从早期的镍镉材料进化到使用锂离子材料，中间也经过了一段相当长的时间。

　同样的，在车用电池上也经历了这样的改变，只不过在时间上有些缩短。以目前来看，车用的电池材料开始迈向采用高密度的镍氢材料及锂离子材料。不过，以现在的变化来看，采用锂离子材料是已经被确定的趋势，根据大多车厂未来对于混合动力汽车的规划，都是以锂离子电池为思考方向。

　目前一部混合动力汽车的电池容量约为1kWh，假设，2013年全球有300万部采用锂离子电池的混合动力汽车，整体的需求就达到了3000MWh，这对全球的量产上来说，是一个相当大的负担，因为以2005年全球消费性产品的锂离子电池总需求量约为8000MWh，在短短的6年内是否能够满足如大量的需求，并能否满足低成本化的需求，还是需要观察。

　由于目前电池的成本仍旧相当的昂贵，所以在混合动力汽车的开发上，车厂大多是以现有的汽油引擎作为基础进行设计。就像丰田所发表的「HARRIER Hybrid」就是以汽油引擎车「HARRIER」为基础重新开发的混合动力汽车。

　虽然这样可以达到汽车动力渐进式的演进，但也带来了一些新的设计问题，那就是「怎么把这些电池放到车体里」。例如，汽车的电子化程度比例愈来愈多，在车内建置了多样化的电子系统，但却没有牺牲掉车内空间的目标是一样的。所以在把这些电池放到车体里的同时，也必须考虑到这点，也就是说，消费者对于车内空间的这一点要求是不能忽视与打折扣的。

■锂离子2次电池的改良研究

　目前，业界已经开始着手进行锂离子2次电池的改良研究，而期待能够满足车用市场的性能与低成本要求。在性能这一方面，因为车辆存在的环境可以用相当恶劣来形容，所以在性能上也必须满足在低温的环境下维持一定程度的电力输出能力及在高温环境下的电力储存能力。另外，也要考虑到电池的使用寿命与安全性等等的相关问题。

▲如何安置燃料槽成为未来车体设计的课题。（数据源：东京瓦斯）

　而在成本这一方面，只能期待因为量产效应所带来的低价化，根据预估在2013年时，全球消费性电子产品对于锂离子2次电池的需求，将比目前成长达到2倍的规模，因为这样的生产变化，或许有机会让应用在汽车上锂离子2次电池的成本得以降低。

　对于迎接电池驱动的未来，目前包括汽车业者与相关电子业者都已经积极的进行布局的工作。丰田汽车已经在日本厂内设置一条锂离子电池的生产线，例如从2003年2月开始销售的WISH就已经内置锂离子电池，在引擎停止运转时，利用锂离子电池来进行再次启动。而其他日系车厂也在数年前就开始使用锂离子电池。

■车厂已开始规划电池内制可能性

▲在以燃料电池作为动力以前，相信2010年左右电动汽车应该可以达到实用化的阶段。（数据源：日经bp网）

　如果从目前各汽车业者发展的情况来做推断。由于丰田汽车已经投注相当大的精力发展锂离子电池，未来相信将迈入正式工厂内部量产的阶段，阳极材料预计将使用LiNiO2，来生产所谓的Ni基础的锂离子2次电池，目前WISH就是使用同一系列的电池。

　就基础材料而言，锂离子2次电池还可以采用LiCoO2的Co类及采用LiMn2O4的Mn类。不过，与这两系列的锂离子2次电池相较，Ni类的锂离子2次电池无论在能源密度上，或者使用寿命受都有较佳的表现程度。

　但也全然不会有缺点，安全性的问题就是Ni基础的锂离子2次电池最大致命伤，在过度充电的情况下，Ni氧化物会急速的产生变化，将会导致过热的现象而出现爆炸或破裂等等的危险。所以，在这一方面，丰田在整体的结构中加入了Mn和Co等元素来提高电池的安全性。

　在日产汽车方面，则是发展以Mn元素为基础的锂离子2次电池，由于Mn的安定性较高，所以在电池方面也可达到高稳定度的要求，也可以达到高电力输出的要求，同时在成本方面也比Ni基础的锂离子2次电池来得较低。

　对于采用Mn元素为基础的锂离子2次电池，日产汽车的观念是实用性是最重要的，所以电池的稳定度与特性是最先被考虑的。日产汽车内部也做过相关性的分析，以2000年销售限量100台的混合动力车-TINO作为调查对象。

▲丰田汽车已经投注相当大的精力发展锂离子电池，未来相信将迈入正式工厂内部量产的阶段。（数据源：日经bp网）

　经过5年来当初所采用的锂离子2次电池，其劣化程度仍旧可以被接受。电池内部的阻抗会随着使用时间而增加，但是经过分析，这些劣化都不至于带来太大的影响，问题并没有出现超过预设的范围。不过，在电池的供应方面，与丰田汽车不同的是日产将可能采取外制的方式，但也不排除自制的可能性。

■各方积极投入阳极材料开发

　在电池业者方面，在阳极材料方面大多都是朝向利用Co、Mn及Ni-Co-Mn来发展，就进入门坎方面Mn以及Ni-Co-Mn较高。例如，三洋电机方面就是采用Ni-Co-Mn与Mn混合作为阳极材料，来开发锂离子2次电池。

　由于Mn系列的锂离子2次电池有着一些缺陷，包括特性比较不好及电力储存较差，例如，利用Mn作为阳极材料，在45度的环境下，3.8V的电压稳定度只能维持30天左右，电力储存也会消失20％。所以，以目前的发展方面来看，在车用锂离子2次电池的发展方向上，选择特性较佳的阳极材料将会是研发的重点。

　当然，并非只有日本业者积极开发车用电池，包括韩、欧、美等汽车业者也都相当关注这一方面的发展，以及进行相互合作。例如，GM就已经展开混合动力车所用电池的开发部署。

　三星SDI也开始投入能源这一个领域的发展。以笔记本电脑所需的锂离子2次电池作为发展基础，开发电动工具所需的锂离子2次电池，已经从2005年第一季开始量产，而车用的锂离子2次电池则是预计在2008∼2010年间加入市场。

■混合燃料技术扮演过渡角色

　在以燃料电池作为动力前，相信2010年左右电动汽车应该可以达到实用化的阶段。以目前来说，最积极进行这一方面发展的是日本三菱汽车，在东京车展展览会场上，三菱汽车就展出了配有锂离子电池的电动汽车。同时自动车汽车也展示了配备有锂离子电池与汽油引擎的混合燃料（Hybrid）汽车，这款新车三菱汽车预计在2006年推出销售。

　混合动力汽车的优点是燃料效率好、排放气体污染较低，例如在二氧化碳方面，混合动力汽车的二氧化碳排放量仅有汽油引擎的一半左右。不过，以目前的成本来看还是相当的高，车界一致目标是期望能将混合动力汽车的车价，能够降至与柴油汽车相当或者更低。

　此外并联式的混合动力系统也是一个发展的方向，除了原有的燃料系统外，也装置了充电的功能，可以利用一般家庭的电源进行充电，目前这一方面，戴姆勒克赖斯勒已经开始规划利用商用车进行公路试验。

　如此一来，或许并联式的混合动力系统可以克服原先电动汽车行驶里程过短的遗憾，利用电力减价时间进行充电，在短途行驶的情况下，采用充电电池提供马达电源，不但可减少燃料的支出外，更可以降低气体排放的污染。

　不过，对于并联混合动力汽车来说，目前有待努力的方面是电池容量的问题，或许需要提高目前电池可充电容量的8∼10倍以上才有商用化的价值性，因为输出功率密度每千克提高100W，燃效方面每升就可以增加1.2km。

　而目前镍氢电池输出功率密度到2010年将达到2000W/Kg左右，这已经是接近镍氢电池的极限了，而锂离子电池则是可以达到4500W/Kg左右，可以将原先的约使用8组的镍氢电池减少成为使用3 组的锂离子电池，这样一来，在重量上就减轻了相当多，预计2010年车用电池将正式迈入锂离子的时代。

▲并联式的混合动力系统可以克服原先电动汽车行驶里程过短的遗憾，利用电力减价时间进行充电，在短途行驶的情况下，采用充电电池提供马达电源。（数据源：本田汽车）

■如何安置燃料槽成未来车体设计的课题

　大发工业在法兰克福车展上也展出了混合动力汽车「HVS」，所采用的动力系统与丰田「Pruis」相同，采用双马达混合动力前轮驱动。前轮的马达及发电机的输出功率为36kW，利用行星齿轮对引擎的动力进行分配，将一侧的输出功率传输给发电机，另一边的输出功率则传输给驱动轮。

　而透过发动机所产生的电力可被储存在镍氢电池中。后轮的部分，马达的输出功率是20kW，虽然后轮的驱动马达只有一个，不过，利用电磁离合器分配左右扭力。

　而燃料电池到底置于车体内的何处是最好的，各业者也积极的研究中，不过，就2005年东京车展来看，本田与丰田所展示的将燃料电池概念车，都是将燃料电池的Stack与燃料桶（Tank）放置在底盘下，而可以发现，各相关汽车业者也开始研发具有可以在底盘装设燃料电池的Stack与燃料槽（Tank）的专用车体。

　本田展出的FCX CONCEPT燃料电池概念车，具有可充分发挥燃料电池系统堆栈灵活性的新型低底盘。新开发的底盘，将燃料电池组纵置在车身的中央，与原来在车地板下面配置电池组相比，可大幅度降低车体高度，同时还可减少引擎室的空间。

　而燃料电池的排水方面，是将氢气和氧气从上向下垂直流动，水可以从下方排出，具有利于低温起动。电池组的输出功率为100kW，体积缩小成为原来横向流动方式的一半。

■水分储存量仍需提升以期达到实用阶段

　虽然各界都相当看好燃料电池应用于汽车的发展潜力，但因受限于车体的设计，在燃料槽的设计上都无法载太多的水。所以，目前燃料电池的最大一个问题是，燃料槽可以储藏的水太少了，造成影响到行驶的里程，未来，这一部份是需要被克服的，预计在未来每部车需要设计成可以储藏大量的水，来确保驶的里程，另一方面，对于燃料电池本身效率还是要继续研发。

　以目前汽车的耗油量来比较，加满一次水就能够达到500公里左右的行驶的里程，应该是未来燃料电池汽车最低的要求，当然行驶的里程最好能超过700公里。

　为了解决能够储藏更多的水，现在的做法是，尽量强化燃料槽的高压能力，及水分吸附材料，而达到高储存亮的目标，以丰田为例，目前已经开发出可以承受70M Pa的高压燃料槽，内置储存量可以达到7.3公斤的水分吸附合金，整体的重量达到了400公斤。如果严格的看待，这一方面还是需要提升的空，在藏水量方面，必须提升一倍以上，而整体的重量则需要再降低一半。

▲并非只有日本业者积极开发混合动力车，包括韩、欧、美等汽车业者也都相当关注这一方面的发展，以及进行相互合作。（数据源：saab）

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