@ 2015.09.12 , 16:00
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燃料电池汽车的工作原理

燃料电池汽车( FCV) 是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车,可以减少对外国石油的依赖,降低有害气体的排放。燃料电池汽车使用氢气而非汽油,不会排放有害气体。这项技术的潜力非常巨大,但仍有一些技术挑战有待克服。

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1.电力控制单位 -- 管理电流。
2.电动机 -- 与内燃机相比驱动车辆更为安静、顺滑和高效,更少需要保养维护。
3.电池组 -- 让氢气与氧气产生化学反应产生电流。
4.高输出电池 -- 回吸引刹车产生的电力并对电动机提供补充电力。
5.氢气储存罐 -- 以极高的压力储存氢气。

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收益

更少的温室气体排放

汽油车和柴油车要排放温室气体,主要是二氧化碳,可以导致全球气候变化。而燃料电池汽车使用纯氢,排放出来的只有水和热量,不产生温室气体。

虽然工厂生产氢气也会产生温室气体,但相比之下,产生的温室气体量要远小于传统汽车的排放量。

减少石油依赖

因为使用氢气,可以减少对海内外石油、煤炭和天然气的依赖,而生产氢气只需一些可再生资源,如水、沼气和农业废弃物等。这将使国家减少对石油的依赖度,不易受多变的石油价格的冲击。

减少空气污染物

公路汽车对空气污染产生巨大的影响,而燃料电池汽车不产生烟雾和有害颗粒。如果氢气是从矿物燃料中提取的,也会产生一些污染,但远低于常规汽车尾气的污染。

挑战

目前可供选择的车型还不多,加氢站还不普遍,现在主要是在美国加州在进行推广。燃料电池汽车的推广任重道远。

车辆成本

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目前燃料电池汽车要比传统汽车和混合动力汽车更加昂贵,但价格已经在逐年下降,美国能源部到2017年的目标是30美元/千瓦。制造商应该不断降低成本,特别是燃料电池和氢储存的价格,以便与传统汽车更好地竞争。

加氢站

目前氢气生产、运输和加氢站的基础设施建设还非常薄弱,尚不足以支撑燃料电池汽车的大规模使用。

美国能源部与其他联邦机构联合学术机构、汽车制造商研究部署氢基础设施的解决方案。预计到2015年底,加利福尼亚将有50多个加氢站对外开放。

燃料电池的耐久性和可靠性

目前燃料电池系统没有内燃机耐用,特别是在某些极端温度和湿度下。目前燃料电池的耐久性只有商业化目标的一半。过去数年,燃料电池汽车的耐久性已经大幅度提高,从原来的3.2万公里上升到12万公里,但专家们认为必须要达到24万公里才能与传统汽车相竞争。

公共教育

必须让公众了解燃料电池的优点。正如任何新车上市时,消费者总是担心其安全性和可靠性。公共教育可以加快这一过程。

燃料电池的工作原理

燃料电池汽车普通使用聚合物电解质膜(PEM)燃料电池,也被称作质子交换膜电池,使用氢气和空气中的氧气产生发电。下图显示了电池的工作原理。

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燃料电池组

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大多数燃料电池产生的电压仅有1.16伏,远远达不到汽车的电力需求。因此必须将许多电池组装成电池堆栈。燃料电池产生的潜在电量取决于电池的性能与电池的数量。

即将上市的日系 Mirai 燃料电池汽车工作原理(中文字幕)

本文译自 fueleconomy,由译者 人一 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 20+1

  1. 2929274

    没比亚迪的铁电池好。

    [6] XX [26] 回复 [0]
  2. 2929289

    弱弱的问一下,车里的氢气如何得来的?是要用大量的污染工业制造吗?

  3. Vanessa
    @2 years ago
    2929296

    直接烧氢气不行么,虽然危险一点

    [2] XX [17] 回复 [0]
  4. 就是这个ID
    @2 years ago
    2929297

    作为一个传统燃油动力车的车主,我很乐意接受新能源汽车,但是希望厂商认真的解决一下便利性与价格虚高的问题,否则谈普及都是耍流氓。

    [13] XX [0] 回复 [0]
  5. 是不是
    @2 years ago
    2929303

    然而氢气从哪来?还不是靠能源换。

  6. 空分
    @2 years ago
    2929309

    氢气一旦泄漏会非常危险。

  7. 2929311

    @: 氢只是个媒介,各种能源都可以用来制备。燃料电池的主要价值是提高单位体积、重量的电量储存。就算同样用汽油发电制造氢气,大型工厂里面要控制污染也要易于在体积受限的汽车内实现,何况还有个规模效应。

    [10] XX [2] 回复 [0]
  8. 胡安
    @2 years ago
    2929350

    @是不是:
    太阳能产氢,或者传统发电产氢都是很有助于电网调峰的事情

    要知道那些大型的电站不是说停机就能停机的,现在电池什么的家用还可以,电厂电网什么的根本不敢放开手脚去用,成本太高
    电力消耗不像是你玩红警,一个建筑就消耗固定的多少,100年也不会变……..
    现实情况是有时候这个建筑消耗的多,有时候少,有时候一会多一会少,有时候夏天消耗的多,有时候冬天消耗的少,光看曲线比股市还烦人

    有高峰有低谷,你还不能不管,花钱搞大容量装机,用电的是爽了,空调电暖气大型电机随便开,那么到用电量低谷的时候你怎么办?…….发电用不完,还存不了,消耗不了还要损伤设备…….
    大容量多花的钱谁出?还不是算进电价里?
    装机容量少了,一到夏天不让开空调那更操蛋,别说老百姓了,工业区就先要骂娘
    包括现在在中国大部分地区,到了用电高峰给工业区限电,优先保证居民用电都是很常见的做法

    给你说这些,能明白过来这事的好处了么?…..制氢不光是一种能源换另一种而已

    [32] XX [0] 回复 [0]
  9. 胡安
    @2 years ago
    2929354

    @:
    最简单的电解水制氢制氧这个初中就该知道吧?
    当然工业生产不用这个就是了

  10. 另一座
    @2 years ago
    2929373

    主要这个氢罐怎么保证安全,毕竟车祸有时不可避免。

  11. 2929407

    中石化手上有一个光解水的催化剂专利…你们知道吗

  12. hybridengine
    @2 years ago
    2929491

    @Vanessa: 当然可以。而且随着发动机技术的发展,烧氢气的发动机效率未必比燃料电池低多少,但价格却要低一大截。

    其实日本某大学的教授,一直主张使用现有的发动机直接烧氢气,有杂志专门介绍过的(和燃料电池一起介绍的)。但是这样一来,燃料电池的巨额研究经费就全丢水里了,一分钱也找不回来了。

  13. hybridengine
    @2 years ago
    2929502

    @Vanessa: 烧氢气也不危险的,跟烧天然气差不多。

    烧氢气的车也不比汽油车更危险。汽油车如果碰到撞击,发生泄漏,由于挥发的汽油比空气重,汽油蒸汽达到一定比例,遇明火就会发生爆燃,这就是电影里常常见到的场景(真实情况也不是一撞车就爆炸,必须要汽油挥发一段时间,再遇到明火,但这样剧情就不够紧凑了)。而氢气车发生泄漏,氢气都是往天上走的,发生爆炸的机会比汽油低多了。

  14. ChubbyChad
    @2 years ago
    2929534

    @另一座:
    由于氢气的比重极小,所以泄漏以后不会积聚,而是迅速向上扩散,如果马上着火,就会形成一个火柱一样的东西,这个可以参考天然气管道泄漏起火,但由于车载氢气罐更小而且氢气比天然气轻,所以还不算特别危险;如果大量泄漏在并且是在泄漏一段时间之后有火花的话,可能有爆燃的危险;在隧道这种封闭的场所泄漏就相对是很危险的情况了。另外车载氢气罐和汽油车的油箱是很不一样的,MIRAI的气罐三层里中间那层用的是碳纤维复合材料,丰田给的是在80km/h的后部撞击中可以保证氢罐完整。其实我个人比较担心的是氢罐作为压力容器在外界着火的环境中因为压力过大而爆炸怎么办,不过查了查发现在110度的时候有一个专门的合金阀门会融化往外释放氢气,然后如果烧起来了效果也就是像一开始那样形成火柱,总的来说还是挺安全的。话说为什么煎蛋连编辑框里的文字都没法复制orz

  15. 小旋风
    @2 years ago
    2929553

    还是感觉发展能够快速充电和大量储能的纯电汽车比较靠谱。燃料电池更像是个发电机,大部分需要高温环境,缩小到汽车大小不但技术难度大,成本也不小。

  16. 帝丘
    @2 years ago
    2929582

    @ChubbyChad: 高速上都是100+的速度,德国好像还有不限速的公路。中国还有超载大卡车,这撞击力度应该比一般的小汽车大不少,那个储氢罐的强度真不一定够用。氢燃料电池,应该也就是电池技术或是超级电容突破前的过渡产品。现在,电池突破的新闻每隔一段时间就发一次。虽然哪次都没实用,但说明电池是有发展方向,并且投入在加大。少则五年,多则十年,电池应该会有较大突破,到时候氢燃料电池汽车会以极快的速度消亡,就像日本的等离子电视一样。

  17. 幕后煮屎者
    @2 years ago
    2929708

    @帝丘: 若是价格为汽油一半,事故率就算比传统车高一倍估计都很多人买,现在的人都是要钱不要命的主,把价格压下来才是王道。

  18. 2929855

    @小旋风 PEMFC的温度已经比较低了,而且启动时间也够短。而SOFC虽然温度高,能源利用率也更高,还可以使用天然气。燃料电池推广还得看政府支持,除了目前寿命和价格,加氢站普及应该是一个更大的挑战。

  19. 生产几率
    @2 years ago
    2931870

    @就是这个ID: 没错 !就是耍流氓!

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