加氢3分钟续航600km,丰田Mirai实现真正的“新能源”
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加氢3分钟续航600km,丰田Mirai实现真正的“新能源”
石油属于不可再生资源。在初中时,地理老师就曾讲过,地球现存的石油资源仅能用到2050年。也是在初中时,化学老师就曾讲过,氢是清洁的燃料,且生产容易。如果氢能够代替石油,那地球将实现真正的可持续发展。
这个我在初中时就曾想过的问题,自然也有不少科学家去攻克。最早将氢能源应用在 汽车 领域的是韩国现代,但让人们熟知这一技术的是日本丰田。
丰田Mirai是丰田在2014年上市的 氢燃料电池 汽车 。Mirai是“未来”的罗马音拼写形式。相对于传统的燃油 汽车 ,丰田Mirai的工作原理更加简单。
车辆大体可以分为三个部分。车头部分是“驱动单元”,车身中部“产能单元”,车身中后部是“储能单元”。
当车辆运作时,车头的进气格栅引入空气(氧气)到达“产能单元”也就是燃料电池,氢气也从“储能单元”被传输到“产能单元”。在这里氢气与氧气发生氧化反应,产生电能、热能和水。电能被传输到“驱动单元”用于驱动车轮,多余的电能被传输至车尾储存到储能电池中。热能用于保证反应温度,多余的热量通过冷却散失。水通过排水口排出。
丰田Mirai的“储能单元”除了有储能电池外,最重要的就是储氢罐。储氢罐共计两个,分别位于后轴的前后,总容量为122.4L压力可达70Mpa(国内储氢设备普遍为35Mpa)续航里程可达600km-700km,并且加氢就像加油一样简单,3分钟即可搞定。
对于氢燃料,人们率先想到“易燃易爆炸”。丰田Mirai的储氢罐采用三层设计,最内层的高分子聚合材料不会与氢气反应。中间层采用热塑性碳纤维增强塑料。最外层采用玻璃纤维聚合材料混合材质。储氢罐可以抵抗轻型武器的攻击,强度高的同时制造成本也非同小可。
氢气的爆炸极限为4%~75.6%,低于这个浓度或高于这个浓度即便遇火也不会爆炸。为了避免这一浓度范围,丰田Mirai的储氢罐配有易容泄压阀,在车辆着火的情况下易容泄压阀会快速排出储氢罐内的氢气。
氢燃料电池确实为 汽车 工业找到了“新能源”但其发展也有不少障碍。
障碍一:氢的来源
电动 汽车 在宣传自己0排放无污染的时候,背后的火力发电站正在大肆消耗着煤炭等不可再生资源。而氢燃料电池 汽车 如今也要面临这一问题。虽然初中时我们就学过电解水制氢,但大规模的电解水制氢成本高。当前制氢手段还是要通过矿物、石油等不可再生资源制取。想要获得更纯净的氢气还需等待光电制氢技术的完善。
障碍二:高昂成本
丰田Mirai在日本当地售价高达741万日元折合人民币46万左右。抛开研发成本,车辆的制造成本也是非常昂贵,除了上述所说的碳纤维+复合材质的储氢罐,燃料电池组还需要贵金属——铂金。每辆丰田Mirai需要铂金15g左右,其他氢燃料电池 汽车 铂金使用量也在20g-50g左右,全球铂金矿总量为150t左右。如果能够找到更经济的材料替换,氢燃料电池 汽车 才能广泛普及。
障碍三:安全需验证
虽然丰田Mirai的储氢罐已经有众多安全技术加持,但其稳定性还有待商榷。氢气是极为活泼的气体,这也是为什么氢作为燃料没有普及的原因之一。目前还没有一家第三方机构对丰田Mirai的碰撞安全性做测试,想要普及到燃油车的水平,安全性即便没有提升也不能退步。
氢燃料电池 汽车 相对于燃油 汽车 实现了0排放。与电动 汽车 相比,氢燃料电池的报废电池污染更小,加氢更快捷。氢能源不仅对 汽车 有着变革的意义,对全球工业发展、能源体系也有着至关重要的作用。如果有一天人类可以完全掌握氢能源的使用,那将实现真正的可持续发展。
近年来,关于汽车新能源技术的信息可谓层出不穷,其中不乏一些以此名义私下敛财的行为,比如去年某单位在某地点的“水氢发动机”骗局等等。
但近年来,氢燃料电池汽车的概念逐渐进入人们的视野,尤其是本田、丰田、现代等相继推出自己的氢燃料电池车型后,这款新能源汽车似乎离大众越来越近。
事实上,说到氢燃料电池,它并不是近年来发明的新技术。它出现在20世纪60年代的美国航天科技领域。1965年,美国电气公司制造的 上 个氢燃料电池正式应用于美国双子座5号宇宙飞船。
美国的双子座项目开始于1961年11月,结束于1966年11月。历时5年,耗资12.834亿美元。在此期间,有12次飞行,包括2次无人飞行和10次载人飞行,创造了美国航天飞行的几项 。
所以,氢燃料电池是否是骗局根本就是无稽之谈!
氢燃料电池最大的优势就是零排放,对于如今日益严格的排放标准来说,这 是一个福音。氢燃料电池除了零排放之外,还具有高续航能力、快速补油速度和超低噪音,这些都是当今新能源汽车所不具备的。
因此,在氢燃料电池 用于航空航天和军事领域后,商业领域很快发现了其广阔的前景。因此,在20世纪70年代,一家在加拿大从事这项研究的公司正式成立。
在随后的几十年里,这家公司致力于氢燃料电池的研发,获得了数千项相关 ,如今已经拥有了 的全球技术垄断地位。这家公司的名字叫巴拉德。
Ballard在全球氢燃料行业处于 地位。甚至包括奔驰、大众、福特、丰田、本田在内的很多车企都在使用巴拉德的技术。中国 开展氢燃料电池技术研究的公司郭虹氢能也于2016年与巴拉德正式签署合作协议。
郭虹氢能持有90%的股权,巴拉德持有10%。郭虹氢能支付巴拉德 转让费后,巴拉德提供生产设备、产品及采购服务、培训调试等软硬件支持,郭虹氢能则在广东建立生产线制造组装氢燃料电池。
虽然氢燃料电池属于上个世纪的产物,但想把它真正用于民用汽车,这条道路还是有很多障碍需要突破。
在氢燃料电池的众多障碍中,如何保证氢气在整个储存过程中始终保持足够的稳定性和安全性,是氢燃料电池整个过程中最重要的事情。
众所周知,氢气是一种高度易燃的气体,其爆炸极限范围可以从4%扩展到70%,范围非常广。而且,氢在储存过程中会腐蚀钢材,学名为“氢腐蚀”。
氢燃料电池的工作原理是利用氢和氧的化学反应,通过发电装置将化学能直接转化为电能,从而为汽车行驶提供驱动动力。经过这一系列的化学反应,氢气最终会转化为水,排放到汽车外部。
但由于钢与高压氢长期接触,氢原子会与钢中的碳化物发生化学反应形成甲烷,从内部引起钢的脱碳,甲烷会在产生脱碳的钢体上造成局部应力集中,在钢表面形成微小裂纹,这就是氢腐蚀。
这种氢腐蚀会随着时间的推移产生越来越多的裂纹,直接导致钢的强度和韧性线性下降,从而导致钢的氢脆。无论是氢脆还是氢腐蚀,这都是一种不可逆的腐蚀和损伤,会给储存氢气的金属容器带来致命的伤害。
因此,丰田采用了碳纤维和凯夫拉尔材料制成的储氢罐。这两种材料具有优异的强度,即使在剧烈碰撞中也能保持储氢罐的密封。然而,这种特殊材料制成的储氢罐会增加氢燃料电池汽车的成本。因此,氢燃料电池汽车的储氢技术是制约众多企业研发氢燃料技术的瓶颈之一。
当然,氢燃料电池汽车目前无法普及的原因不仅仅是储氢难,还有一整套产业链的建立,比如氢气的获取、净化、储运、加氢终端的建设等。,所有这些都只能用大量的资本成本来实现。
综上所述,氢燃料电池汽车是目前的一种“线上名人”产品,我们可以在媒体上看到,但在生活中却很少见到。
目前,氢燃料电池技术是继锂电池等新能源汽车技术之后的下一代划时代的新能源技术,但要想这一切最终进入千家万户,不仅需要解决技术难点,还需要为氢燃料电池技术培养更多人才。只有人才的进步才能推动氢燃料电池技术更快的发展。
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