[汽車之家 電動(dòng)車技術(shù)] 燃料電池技術(shù)并不是什么新鮮技術(shù)，其基本原理在19世紀(jì)末就已被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了，而其被應(yīng)用于車輛之上則是在上世紀(jì)60年代末。當(dāng)時(shí)，燃料電池汽車的性能和制造成本都無法與當(dāng)時(shí)搭載汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車相媲美。隨著燃料電池技術(shù)的不斷改進(jìn)，加上汽車生產(chǎn)商在燃料電池汽車研發(fā)上的不斷投入，終于有兩款燃料電池車型于2014年實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)并推向市場(chǎng)，這兩款車型分別是現(xiàn)代Tucson FCV以及豐田Mirai。上述兩款車型的量產(chǎn)真正把人們帶進(jìn)了燃料電池汽車的新時(shí)代。本文將為大家介紹一下燃料電池汽車的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，希望大家能對(duì)燃料電池汽車這種新鮮事物有一個(gè)更深入的認(rèn)識(shí)。
● 2014年是量產(chǎn)型燃料電池汽車元年
2014年6月10日，量產(chǎn)型的現(xiàn)代Tucson FCV正式登陸美國加州市場(chǎng)。該車型通過租賃的方式以499美元（約合人民幣3098元）的月租進(jìn)行出租。該車于今年5月份在英國上市，售價(jià)為53105英鎊，減去15000英鎊的政府補(bǔ)貼，用戶只需用38105英鎊（約合人民幣37.1萬元）即可買到一臺(tái)現(xiàn)代Tucson FCV燃料電池車。
豐田Mirai在2014年12月15日上市，欲復(fù)制豐田普銳斯的成功。“Mirai”在日語中意為“未來”。豐田寄予Mirai車型的是其對(duì)新能源汽車未來的憧憬。在混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)獲得一定成績(jī)的豐田欲借助Mirai車型開拓燃料電池汽車這片新藍(lán)海。
相比現(xiàn)代Tucson FCV，豐田Mirai在動(dòng)力性能和續(xù)航里程上都有一定的優(yōu)勢(shì)。兩車的動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率已達(dá)到甚至超越1.8升自然吸氣汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的水平，加上超過400公里的續(xù)航里程，使兩車具備了較好的實(shí)用性。
● 量產(chǎn)型燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)
下面以豐田Mirai為例簡(jiǎn)單介紹一下燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)。豐田Mirai是以氫氣為燃料的。在燃料電池中，氫氣在催化劑的作用下與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。“燃燒”之后的氫氣會(huì)變成水，該反應(yīng)過程理論上是無污染的。豐田Mirai的氫燃料存儲(chǔ)在高壓儲(chǔ)氫罐中，該儲(chǔ)氫罐采用了碳纖維材質(zhì)制造，分別位于底盤中部和尾部，總?cè)莘e為122.4升，充滿一次氫氣約需3分鐘。
燃料電池位于前排座椅下方。燃料電池產(chǎn)生的電能直接驅(qū)動(dòng)位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量回收獲得的電能將經(jīng)過動(dòng)力控制單元儲(chǔ)存在位于車輛尾部的動(dòng)力電池中。
下面的視頻為大家展示了豐田Mirai組裝過程中最為關(guān)鍵的底盤和電池系統(tǒng)的安裝，推薦大家觀看。
●豐田Mirai底盤和電池系統(tǒng)的安裝過程
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● 供給氫氣和氧氣就能發(fā)電的神奇裝置
只要給燃料電池不斷地供給氫氣和氧氣，就能源源不斷地獲得電能，而其產(chǎn)物理論上是完全無污染的水。從豐田Mirai的身上，我們似乎能窺見“只有藍(lán)天、沒有霧霾”的未來環(huán)保社會(huì)景象。而各位可能不知道的是，燃料電池技術(shù)的基本原理是在19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的。
上圖裝置①是氣體電極電池，裝置②是一個(gè)電解水的裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置是為了驗(yàn)證氣體電極電池產(chǎn)生了電能。陰極（圖中的“-”）和陽極（圖中的“+”）上發(fā)生的具體化學(xué)反應(yīng)方程式如上圖所示。氣體電極電池的工作原理為燃料電池的誕生奠定了理論基礎(chǔ)。
現(xiàn)在最新的燃料電池汽車大多采用質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，簡(jiǎn)稱為“PEMFC”），結(jié)構(gòu)示意圖可參看上圖。圖中，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)傳導(dǎo)氫離子向陰極轉(zhuǎn)移。雖然質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)比William Robert Grove的氣體電極電池晚出現(xiàn)一百多年，但其內(nèi)在化學(xué)反應(yīng)原理是一致的。
我想絕大部分消費(fèi)者都不會(huì)想要拆開自己的燃料電池車的燃料電池看看內(nèi)部是如何工作的。對(duì)于普通消費(fèi)者來說，我們只需知道燃料電池汽車的燃料電池工作所需的燃料為氫氣和氧氣，發(fā)電后的產(chǎn)物為無污染的水即可。
● 燃料電池技術(shù)的實(shí)用化
20世紀(jì)50年代，GE（通用電氣）資助了PEMFC質(zhì)子交換膜燃料電池的研究。上世紀(jì)60年代，美國NASA（國家航空航天局）的“阿波羅登月計(jì)劃”中就是采用燃料電池為太空船提供電力和飲用水的。可見，在那時(shí)候，燃料電池已是一種被驗(yàn)證的成熟技術(shù)。
初期的民用燃料電池發(fā)電效率、輸出功率、使用壽命、體積等性能參數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上當(dāng)時(shí)的內(nèi)燃機(jī)，沒有出現(xiàn)量產(chǎn)的燃料電池汽車也在情理之中。
正是因?yàn)槿剂想姵卦絹碓蕉嗟貞?yīng)用于民用領(lǐng)域，燃料電池生產(chǎn)商看到了市場(chǎng)前景，愿意投入資源進(jìn)行開發(fā)，逐步提升了燃料電池的效能并降低制造成本。燃料電池技術(shù)的發(fā)展浪潮也催生出了如PLUG、Ballard、FuelCell等世界知名燃料電池供應(yīng)商。