为何日韩痴迷氢燃料电池汽车?

2018-02-09 7.9万 0

现代汽车最近有一款车吸引了很大关注,它是现代自主研发的第二代氢燃料电池汽车NEXO。已经在5日展示了第二代氢燃料电动汽车NEXO。自从氢燃料电池的原理被发现以来,已经过去了很多年,但由于商业化推广没有纯电动汽车大,因此并没有广为人知。

氢燃料电池汽车最大的难点之一,就是充电。它不像纯电动汽车一样方便,需要单独建设氢气充电站,因此各国政府和厂商虽然知道氢燃料电动汽车的优点,也颁布政策推动,但是我们日常生活中还是见不到氢燃料电池汽车。现在丰田,本田,现代都已经在生产氢燃料电池汽车了。

氢燃料电池,就是一个小型发电站

氢燃料电池汽车装备有电动机发电,电力驱动电动马达带动车轮。与纯电动汽车的原理相似。区别是氢燃料电池汽车比纯电动汽车多了燃料电池等附加设备。

氢燃料电池汽车中的燃料电池与我们一般意义上讲的化学电池的区别在于,燃料电池需要持续不断的燃料供给,停止燃料供给,就无法发电。燃料电池的燃料根据种类的不同,有氢燃料,甲醇燃料,煤气燃料等等。

根据燃料电池的大小和效率,使用在不同的场合。而使用在汽车上,氢燃料电池现在看来是最好的选择。纯电动汽车的电力可以直接来自发电站。除了核电站之外,水力发电站,火力发电站也是我们最常见的发电方式。而中国目前依然以火力发电为主,由于发电过程中产生二氧化碳污染环境,因此纯电动汽车也在间接对环境产生污染。而氢燃料电池,就是从根本上杜绝污染的一种方式。

氢燃料电池汽车的电力是如何产生的?

燃料电池是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。

电池的阳极(燃料极) 输入氢气 燃料) , 氢分子(H2) 在阳极催化剂作用下被离解成为氢离子(H+ ) 和电子(e-) , H+ 穿过燃料电池的电解质层向阴极(氧化极) 方向运动, e-因通不过电解质层而由一个外部电路流向阴极; 在电池阴极输入氧气(O2) , 氧气在阴极催化剂作用下离解成为氧原子(O) , 与通过外部电路流向阴极的e-和燃料穿过电解质的H+ 结合生成稳定结构的水(H2O) , 完成电化学反应放出热量。

原理看似简单,但要把氢有效的制成氢离子,并在在正极与氧气结合是不容易的。如果只有一个燃料并不能带动汽车,所以要堆叠将多个燃料电池,增加电量。

氢燃料电池为何最为清洁?

氢燃料电池汽车与纯电动汽车都是用电力驱动,不同的是纯电动车通常具备30~100kWh电池,氢燃料电池是将氢气充入氢气罐,通过氢气和氧气在燃料电池中的反应发电,此时产生的热量还可以用于车内暖气的供暖。

这种电化学反应属于一种没有物体运动就获得电力的静态发电方式。因而, 燃料电池具有效率高、噪音低、无污染物排出等优点, 这确保了氢燃料电池汽车成为真正意义上的高效、清洁汽车。

氢燃料电池汽车的空气过滤器也很有意思,由于燃料电池供电需求。燃料电池汽车需要严格的过滤空气,将纯度99.9%的空气供应给燃料电池中。因此氢燃料电池汽车的空气净化能力是很强的,因此市面上销售的空气净化器在氢燃料电池车上是没有用的。

燃料电池汽车20年前就在韩国开始传播,但是经过长时间发展,基础的技术还是不够,实用性也不强。自从2000年以来,技术才得到发展。2010年韩国政府开始支持氢燃料电池项目。

氢燃料电池第一次应用是航天事业

燃料电池让在研究中,但是这个原理早在200年前就已经被人了解了。它是1938年德国化学家发现。燃料电池的第一个应用领域是宇宙空间,因为它产生了高效率的电,水和热。从1965年开始NASA双子星项目中开始用于阿波罗计划,在航天飞机上使用。后来还被用在潜艇上。

储氢问题,昂贵的催化剂依然限制发展

由于氢气不是一种广泛使用的燃料,所以它不被人了解,而且它也是不太稳定的,具有高度反应性,容易起火。但由于质量轻,扩散快,比液化气安全。与电力不同,氢气充电设施不能用于安装家用充电器。这是因为氢气的存贮需要注入高压氢的加压设备和用于储存的氢的储罐。这就是为什么氢燃料电池商业化迟缓的最大原因。

另一个限制原因是目前商业化的燃料电池中使用的是贵金属铂催化剂,单价超过了40美元每克,如此高昂的价格严重限制了燃料电池的商业化。所以现在新型材料石墨烯作为催化剂正在被研究,以降低成本。

日本氢燃料电池依然领先全球

日本是氢燃料电池汽车专利申请最多,也是技术领导者。目前已经有90个加氢站。到2022年,丰田,本田,日产等还将推出更多车型和建设更多加氢站。而且日本政府大力支持,已经计划到2030年,达到80万辆的销量。

日本今年向神户市的港岛地区供应氢电。这是世界上第一个在整个地区引进氢气的国家。在2020年的东京奥运会上将推动氢能发展。而韩国在这次平昌奥运会上也在推广氢燃料电池汽车。

氢燃料电锤获益最大的是化工企业

氢燃料电池汽车的发展将会带动氢燃料电池汽车,车用氢气的充填设备,氢气生产设备等新市场的开发。目前氢气的生产方法主要是从石油和天然气中分离,电解。对于化工企业来说,未来这是一个很大的市场。

加氢站的利与弊

氢燃料电池汽车不同于电动汽车,虽然充电不如电动汽车在家充电方便,但加氢站的建设比较容易,不存在高压线路的问题。而且充电时间却很短。与电动汽车相比,氢燃料电池在五分钟内就可以充满,所以使用加氢站,还是很方便的。

燃料电池汽车的时代到来了吗?

日本韩国现在是最看好氢燃料电池的国家,并且日本韩国国土面积小,基础设施建的推广也会比较顺利。因此才能够比较快的商业化。目前困扰氢燃料电池汽车的依然是成本,如果将成本得到控制,氢燃料电池的未来会比纯电动汽车还要具有竞争力。

中国的氢燃料电池汽车如何发展?

混动,插电式混动,氢燃料电池,纯电动,最近10年来,在汽车技术的推动下,诞生了很多新形势的汽车驱动方式,但哪一种最好,哪一种不好,目前依然没有定论。我看来,每个国家都有适合自己的发展方式。目前看来,混动和纯电动是最适合中国的。而氢燃料电池推广起来,则要麻烦的多。

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