宇宙黑科技：氫燃料電池動(dòng)力

不加油、不充電、不排放尾氣，唯一排放的廢物是純凈水!會(huì)有這樣的車(chē)存在嗎?答案是肯定的!豐田Mirai就是這樣一輛車(chē)。那么這一切都是如何實(shí)現(xiàn)的呢?

前不久豐田正式發(fā)售了燃料電池汽車(chē)Mirai(譯名：未來(lái))，直接與純電動(dòng)車(chē)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。“燃料電池”這四個(gè)字想必大家或多或少都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，因?yàn)檫@是全世界科學(xué)家研究了數(shù)十年的技術(shù)，始終沒(méi)有取得重大的技術(shù)突破，至少是沒(méi)有誰(shuí)能夠拿得出成本適合消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的成熟技術(shù)。

而在不到一年前，豐田就放出豪言說(shuō)已經(jīng)在燃料電池領(lǐng)域取得了技術(shù)突破，可以使車(chē)用燃料電池的成本從100萬(wàn)美元降到5萬(wàn)美元，降幅高達(dá)95%!不到一年，豐田便用Mirai兌現(xiàn)了豪言。雖然目前Mirai的價(jià)格約合38萬(wàn)人民幣，但要知道這是首次投放市場(chǎng)的量產(chǎn)燃料電池車(chē)。

宇宙黑科技的由來(lái)

豐田Mirai的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的汽油車(chē)或者純電動(dòng)車(chē)都不一樣，如果硬要找出一個(gè)類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，可能豐田最暢銷(xiāo)的普銳斯跟Mirai會(huì)有著一點(diǎn)點(diǎn)相似的結(jié)構(gòu)吧。

Mirai的動(dòng)力系統(tǒng)被稱(chēng)作TFSC(Toyota FC Stack)，即豐田燃料電池堆棧，是以燃料電池堆棧為核心組件的混合動(dòng)力系統(tǒng)。TFSC沒(méi)有傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，也沒(méi)有變速器，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部是電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的控制單元。

在駕駛艙底部布置著的燃料電池堆棧是整套系統(tǒng)的核心，本文也將著重點(diǎn)筆墨來(lái)對(duì)其做出解析。在車(chē)身后橋部分放置著一個(gè)鎳氫動(dòng)力電池組和前后兩個(gè)高壓儲(chǔ)氫罐，沒(méi)錯(cuò)，沒(méi)有油箱和大面積的鋰離子電池，Mirai唯一需要消耗的“燃料”就是氫氣，不用加油也不用充電，加滿5公斤氫氣就可以連續(xù)跑上650公里!

而為什么要在題目中說(shuō)燃料電池是“宇宙黑科技”呢?那是因?yàn)闅湓厥怯钪嬷凶钬S富的成分，氫元素在地球上儲(chǔ)量也是最豐富的，而氫氣在燃料電池中跟空氣中的氧氣結(jié)合，排出的唯一“廢物”是純凈水!所以氫燃料電池一直被認(rèn)為是“外星科技”，是最適合宇宙空間站或者宇宙探測(cè)器使用的備用能源之一。

燃料電池工作原理

雖然燃料電池名字里面有“燃料”字樣，同時(shí)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(lái)獲取能量，而是利用氫氣跟氧氣化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的電荷轉(zhuǎn)移來(lái)形成電流的，這一過(guò)程最關(guān)鍵的技術(shù)就是利用特殊的“電解質(zhì)薄膜”將氫氣拆分，整個(gè)過(guò)程可以理解成蚊子無(wú)法穿過(guò)紗窗，但是更小的灰塵卻可以……電解質(zhì)薄膜也是燃料電池領(lǐng)域最難被攻克的技術(shù)壁壘。

因?yàn)闅浞肿芋w積小，可以透過(guò)薄膜的微小孔洞游離到對(duì)面去，但是在穿越孔洞的過(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)，氫質(zhì)子被吸引到薄膜另一側(cè)的電極與氧分子結(jié)合。電解質(zhì)薄膜兩側(cè)的電極板將氫氣拆分成氫離子(正電)和電子、將氧氣拆分成氧離子(負(fù)電)和電子，電子在電極板之間形成電流，兩個(gè)氫離子和一個(gè)氧離子結(jié)合成為純水，是反應(yīng)的廢物。所以本質(zhì)來(lái)講，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程就是發(fā)電過(guò)程。因此Mirai是純電動(dòng)車(chē)，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。