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[導(dǎo)讀]   氫燃料電池指的是氫通過(guò)與氧的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置(單純依靠燃燒氫來(lái)驅(qū)動(dòng)的“氫內(nèi)燃機(jī)”,也曾出現(xiàn)過(guò),比如寶馬的氫能7系)。氫燃料電池車(chē)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于車(chē)上的電動(dòng)機(jī)就像

  氫燃料電池指的是氫通過(guò)與氧的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置(單純依靠燃燒氫來(lái)驅(qū)動(dòng)的“氫內(nèi)燃機(jī)”,也曾出現(xiàn)過(guò),比如寶馬的氫能7系)。氫燃料電池車(chē)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于車(chē)上的電動(dòng)機(jī)就像純電動(dòng)車(chē)樣,因此氫燃料電池車(chē)可以理解為一輛“自帶氫燃料發(fā)電機(jī)的電動(dòng)車(chē)”。

  氫燃料電池汽車(chē)原理

  在燃料電池堆棧里,進(jìn)行著氫與氧相結(jié)合的反應(yīng),其過(guò)程中存在電荷轉(zhuǎn)移,從而產(chǎn)生電流。與此同時(shí)氫與氧化學(xué)反應(yīng)后正好生成水。

  燃料電池堆棧作為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)池,其最為關(guān)鍵的技術(shù)核心為“質(zhì)子交換薄膜”。在這層薄膜的兩側(cè)緊貼著催化劑層,將氫氣分解為帶電離子狀態(tài),因?yàn)闅浞肿芋w積小,攜帶電子的氫可以透過(guò)薄膜的微小孔洞游離到對(duì)面去,但是在攜帶電子的氫穿越這層薄膜孔洞的過(guò)程中,電子被從分子上剝離,只留下帶正電的氫質(zhì)子通過(guò)薄膜到達(dá)另一端。氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。

  薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子正電和電子、將氧氣拆分 成氧原子以捕獲電子變?yōu)檠蹼x子(負(fù)電),電子在電極板之間形成電流,2個(gè)氫離子和1個(gè)氧 離子結(jié)合成為水,水成為了該反應(yīng)過(guò)程中的唯一“廢料”。從本質(zhì)來(lái)講整個(gè)運(yùn)行過(guò)程就是發(fā) 電過(guò)程。隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行,電子不斷發(fā)生轉(zhuǎn)移就形成了驅(qū)動(dòng)汽車(chē)所需的電流。

  

  圖1 氫燃料電池的工作原理

  氫燃料電池汽車(chē)研究概況

  國(guó)外

  據(jù)最新統(tǒng)計(jì)迄今為止推出的燃料電池汽車(chē)中,壓縮氫氣最受關(guān)注,這主要是因?yàn)檫@種車(chē)型的燃料供給在技術(shù)性上最為簡(jiǎn)單可行。各公司出產(chǎn)的 FCV(燃料電池車(chē))從續(xù)駛里程、最大時(shí)速,到燃油經(jīng)濟(jì)性,乃至儲(chǔ)氫的壓力等方面,都取得了較大進(jìn)展。

  目前日本、韓國(guó)和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家都將大型燃料電池的開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)研究項(xiàng)目,企業(yè)界也紛紛斥以巨資,從事燃料電池技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā), 現(xiàn)在已取了許多重要成果,使得燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)而廣泛應(yīng)用于發(fā)電及汽車(chē)上。

  國(guó)內(nèi)

  對(duì)于國(guó)內(nèi)而言氫燃料內(nèi)燃機(jī)的研究比較滯后。直到上世紀(jì) 80 年代,才涌現(xiàn)出了以浙大、天大等著名高等院校為主要代表的對(duì)氫內(nèi)燃機(jī)的探索研究,而且研究工作主要針對(duì)的是混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī),氫燃料通常作為輔助燃料與汽油、柴油等傳統(tǒng)燃料混合燃燒;

  總的來(lái)說(shuō)我國(guó)對(duì)氫發(fā)動(dòng)機(jī)的研究起步較晚,在關(guān)乎氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的眾多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域仍然處于空白階段或是剛剛起步的階段,如較大規(guī)模的制造氫能源、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)、氫氣的供給系統(tǒng)與系統(tǒng)的安全、發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略、污染物排放控制技術(shù)、綜合電子控制管理系統(tǒng)等等都存在不足。在研究的內(nèi)容方面,絕大多數(shù)只是高等院校的理論性探索研究,在核心技術(shù)方面差距仍較大,整體的技術(shù)水平不高。

  實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的氫燃料電池車(chē)報(bào)價(jià)

  豐田Mirai,在海外售價(jià)為700萬(wàn)日元左右,享受政府補(bǔ)貼后500萬(wàn)日元,折合人民幣26.5萬(wàn)左右。使用了液態(tài)氫作為動(dòng)力能源,液態(tài)氫被儲(chǔ)存在位于車(chē)身后半部分的高壓儲(chǔ)氫罐中。3-5分鐘就可以把整個(gè)氫氣罐從0加滿(mǎn),續(xù)航里程可達(dá)到700km左右。

  
豐田Mirai

  本田Clarity,于2017年11月的東京車(chē)展中上市,其搭載了氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng),鋰離子電池組安置在車(chē)廂地板下方。其所搭載的電機(jī)最大功率為177馬力、燃料電池的功率為103kW。其加氫時(shí)間約為3分鐘,JC08工況測(cè)試下的續(xù)航里程可以達(dá)到750km。據(jù)本田執(zhí)行副總裁John Mendel在華盛頓車(chē)展上宣布,這款新車(chē)將于今年晚些時(shí)候在美國(guó)加州上市,售價(jià)在60000美元(約合人民幣39.5萬(wàn)元)左右,租賃費(fèi)用將低于500美元每月。

  
本田Clarity

  現(xiàn)代ix35 FCV,在2013年2月26日,于韓國(guó)蔚山工廠(chǎng)正式下線(xiàn),成為世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池車(chē),意義非凡。售價(jià)高達(dá)1.5億韓元,折合人民幣85.5萬(wàn)元。燃料動(dòng)力系統(tǒng)(BOP)主要分為三個(gè)方面:熱管理系統(tǒng)(TMS)、空氣處理系統(tǒng)(APS)和燃料處理系統(tǒng)(FPS)。能夠10分鐘內(nèi)將氫燃料加滿(mǎn),然后最大能行使415km。

  
現(xiàn)代ix35 FCV

  氫能源作為未來(lái)汽車(chē)提供動(dòng)力的主要能量之一,有著許多優(yōu)點(diǎn)~首先是干凈衛(wèi)生,氫氣燃燒后的產(chǎn)物是水,不會(huì)污染環(huán)境,其次是氫氣在燃燒時(shí)比汽油的發(fā)熱量高,氫是可再生能源,并且可以從世界很多物質(zhì)中提取。

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