随着技术创新和发展。全球第一款氢燃料电池汽车在1966年推出。但在50多年后才开始获得广泛关注。燃料电池电动汽车。更广为人知的名称是FCV(Fuel cell vehicles)或FCEV(Fuel cell electric vehicles)。是一种氢动力汽车。是内燃机(ICE)汽车的替代品。与化石燃料相比。具有显著的正环境效益。
FCEV从字面上不太好理解。它们是纯电动的吗? 它们是否像内燃机燃烧汽油一样燃烧氢气?它们有哪些优点和缺点?
由电动机驱动
就像当下经常讨论的电动汽车一样。FCEV也有电动机来驱动汽车。汽车制造商放置电机的位置通常有前置。后置以及前置+后置三种。无论是前轮驱动。后轮驱动还是四轮驱动。每个驱动轮都有电动机牵引。
目前。在概念。开发和生产阶段。大多数FCEV主要是为了提高效率而不是高功率。使用相对少量的氢气。FCEV乘用车的续航里程可达1360公里。长途卡车续航里程更长。最高可达1448公里。
产生电能
纯电动汽车(BEV)和燃料电池汽车(FCEV)最大的区别在于电动机的供电方式。对于纯电动汽车来说。大而重的电池包给汽车供电。当电池电量耗尽时。需要外接电源来充电。纯电动汽车的挑战之一是在保证续航情况下减少电池包的重量和体积。在某些情况下。电池包的重量可能接近1360千克。
FCEV以另一种方式为电动机提供动力。燃料电池组根据需要自行发电。通过电动机驱动车辆前进。它利用空气中的氢和氧的结合来发电。以下是工作原理：
大容量储氢罐储存压缩氢气/液化氢/氢化物。就像油箱储存汽油或柴油一样。在燃料电池堆中。氢气 (H₂) 在阳极催化剂作用下被分解成氢离子(H⁺) 和电子(e-)。氢离子(H⁺) 足够小。可以穿过电解质膜向阴极方向运动。e-因通不过而由一个外部电路流向阴极。氢离子(H⁺)与氧气(O₂)及电子(e-)结合产生水被排出。电子(e-)不断移动产生电流。连续不断地向汽车提供电能。电能带动电动机和启动车辆所需的其他系统一起工作。只需要非常少量的氢气就能产生持续的电能来驱动汽车。这意味着燃料电池汽车携带的“燃料”重量比大多数纯电动汽车电池包重量要轻得多。
FCEV储存电能吗？
既然FCEV可以按需产生电能。那么是否也需要像其他电动汽车一样使用电池来存储能量呢？这取决于制造商。尽管部分FCEV按需供电。但大多数FCEV在高需求情况下都有补充电池组。在燃料电池耗尽氢气时作为备用电源。
当然。电池组在FCEV中要小得多。因为它不是主要的能量来源。它的容量和重量大约是常规电动汽车电池包的5%到10%。而且在底盘占用的空间要小得多。
除了补充电池组外。还需要一个12V蓄电池负责给汽车的电子设备供电。这与其他电动汽车的设计一样。FCEV内部的DC/DC转换器。可以将燃料电池堆产生的电能转换为恒定12V低电压给12V电池充电。12V电池用于启动汽车和为配件系统供电。
FECV是行业的未来吗？
如果FCEV技术早在60年代就出现了。为什么它花了这么长时间才被熟知?它真的会是汽车行业的未来吗? 电动汽车早在19世纪之前就已经存在了。只是在过去的十年左右才真正地被广泛接受。但FECV是否能达到同样的普及规模还是未知。氢动力技术的发展和公众认知都面临着挑战。
首先是安全问题。这是一个新技术。人们怀疑氢气在时速超过100公里的汽车上是否安全。尤其提到氢气。有些人可能会想到兴登堡号飞艇空难(可能是发动机产生的火花引燃氢气)。虽然氢气具有易燃性。但密度比空气轻14倍。所以如果燃料箱被刺穿。气体几乎会瞬间扩散到空气中。
另一个需要克服的障碍是加氢站数量。目前。全国范围内只有274个加氢站。与之相比。公共直流充电桩预计为76.8万台。加油站有11.5万个。为使加氢方便。需推进加氢网络建设。
第三个挑战是氢燃料的来源。生产氢燃料的成本很高。尽管研究人员一直在寻找更容易的方法。从水中分离氢气已经取得了突破。但达到足以满足全国或国际的需求需要时间和资源。
结论
氢燃料电池汽车是一种电动汽车。它可以自己产生电能。而不是将大量的能量存储在电池包。它们是创新的。高效的清洁能源。但在应用上也存在挑战。未来是否会成为汽车和运输行业的主流还有待观察。但它可以解决纯电动汽车存在的一些问题。如材料短缺和生产电池的能源消耗。
