燃料電池工作原理

2020-12-06 太平洋汽車

導讀：燃料電池工作原理

汽車可以使用的新能源不僅只有電。豐田將運用氫能源技術生產零排放的重型卡車。氫是宇宙中最充足的元素，並且佔據了元素周期表第一位。但是作為一種車用燃料還是很稀有的。下面小編就為大家介紹下燃料電池的工作原理。僅供參考！

燃料電池工作原理

雖然燃料電池名字裡面有「燃料」字樣，同時氫氣也能夠跟氧氣在一起劇烈燃燒，但在燃料電池卻不是利用燃燒來獲取能量，而是利用氫氣跟氧氣化學反應過程中的電荷轉移來形成電流的，這一過程最關鍵的技術就是利用特殊的「電解質薄膜」將氫氣拆分，整個過程可以理解成蚊子無法穿過紗窗，但是更小的灰塵卻可以……電解質薄膜也是燃料電池領域最難被攻克的技術壁壘。

因為氫分子體積小，可以透過薄膜的微小孔洞游離到對面去，但是在穿越孔洞的過程中，電子被從分子上剝離，只留下帶正電的氫質子通過，氫質子被吸引到薄膜另一側的電極與氧分子結合。電解質薄膜兩側的電極板將氫氣拆分成氫離子（正電）和電子、將氧氣拆分成氧離子（負電）和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個氫離子和一個氧離子結合成為純水，是反應的廢物。所以本質來講，整個運行過程就是發電過程。因此Mirai是純電動車，燃料電池堆棧代替的就是厚重且充電效率低下的鋰離子電池組。

豐田Mirai搭載的燃料電池堆棧是由370片薄片燃料電池組成的，因此被稱為「堆棧」，一共可以輸出114千瓦的發電功率。此前我們也分析了大眾集團的燃料電池技術，結構基本類似。豐田的燃料電池堆棧經歷了十幾年的技術優化，形成了自己的特色結構，比如3D立體微流道技術，通過更好地排出副產物水，讓更多空氣流入，有效改善了發電效率。所以整個堆棧的發電效率達到了世界先進水平，達到了3.1千瓦/升，比2008年豐田的技術整整提升了2.2倍。

由於燃料電池堆棧中每片電池發電的電壓大約在0.6V-0.8V之間，整體也不會超過300V電壓，所以為了更好驅動電動機，還需要安裝一個升壓器，將電壓提升到650V。

燃料電池的工作原理：700個大氣壓下儲存氫氣

了解氫氣物理特性的人都清楚，氫氣跟汽油不同，常溫下氫氣是氣體，密度非常低並且非常難液化，常溫下更是無法液化，所以氫氣要安全儲藏和運輸並不容易。所以氫氣無法像汽油那樣直接注入普通油箱裡。豐田設計了一大一小兩個儲氫罐，通過高壓的方式儘可能多充入一些氫氣。以目前的主流儲存技術，豐田選用了700Mpa也就是700個大氣壓的高壓儲氣罐，類似我們常見的「煤氣罐」，只不過罐體更厚重。兩個儲氫罐一共的容量是122.4升，採用700個大氣壓儲存，也只能容納約5公斤的氫氣。所以實際上燃料的重量並不大，反而儲氫罐特別笨重。

燃料電池的工作原理：氫氣儲存性能

為了在承受700個大氣壓的前提下仍舊保持行駛安全性，我們可都不希望坐在兩個炸彈上面開車吧？所以儲氫罐被設計成四層結構，鋁合金的罐體內部襯有塑料內膽，外面包裹一層碳纖維強化塑料的保護層，保護層外側再增加一層玻璃纖維材料的減震保護層，並且每一層的纖維紋路都根據所處罐身位置不同而做了額外的優化，使纖維順著壓力分布的方向，提升保護層的效果。

關於燃料電池的工作原理介紹到這裡就結束了。希望大家可以對燃料電池有所了解，當然小編也會在後續文章中為大家介紹更多新能源汽車資訊。請關注太平洋汽車網！

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