【太平洋汽車網(wǎng)】氫燃料車是電解池原理。 氫燃料汽車的電池是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，其基本原理是電解水的逆反應(yīng)。

　　首發(fā)于辣筆小星無(wú)障礙寫文章登錄/注冊(cè)隨著7月在博鰲召開(kāi)的全球新能源汽車峰會(huì)WNEVC 2019，氫燃料電池汽車和相關(guān)技術(shù)再次引起了業(yè)界的高度關(guān)注。今天讓我們?cè)敿?xì)聊聊氫燃料電池是怎么回事。

　　什么是氫燃料電池燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，它將燃料的電化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。它類似于電池一樣也是電化學(xué)發(fā)電裝置，因此被稱為燃料電池。對(duì)應(yīng)的采用氫氣作為燃料的燃料電池就是氫燃料電池。它可以理解為水電解成氫氣和氧氣的逆反應(yīng)。因此反應(yīng)過(guò)程既清潔，又高效。因?yàn)樗皇軅鹘y(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用卡諾循環(huán)42%左右的熱效率限制。氫燃料電池的效率可輕松達(dá)到60%以上。

　　↑氫燃料電池汽車示意圖氫燃料電池并不像火箭那樣通過(guò)氫氣和氧氣燃燒的劇烈反應(yīng)產(chǎn)生動(dòng)能，而是通過(guò)催化裝置將氫氣中的吉布斯自由能釋放出來(lái)。打個(gè)比方，石墨和鉆石都是碳的存在形勢(shì)。但是形成鉆石需要高溫和高壓。因此這種形態(tài)轉(zhuǎn)化就代表不同的吉布斯自由能。

　　吉布斯自由能是涉及熵和焓等理論的電化學(xué)能。是不是覺(jué)得很高深難懂？我們直接看動(dòng)畫吧。

　　↑氫燃料電池工作原理氫燃料電池工作原理是氫氣通過(guò)燃料電池的正極當(dāng)中的催化劑（鉑）分解成電子和氫離子（質(zhì)子）。其中質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane）到達(dá)負(fù)極和氧氣反應(yīng)變成水和熱量。對(duì)應(yīng)的電子則從正極通過(guò)外電路流向負(fù)極產(chǎn)生電能。

　　什么是氫燃料電池的技術(shù)關(guān)鍵↑氫燃料電池關(guān)鍵部件對(duì)于氫燃料電池的商用來(lái)說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)之一就是成本控制。燃料電池汽車目前的成本是普通汽車的5倍左右。其核心部件被稱為質(zhì)子交換膜。它能夠?qū)錃庵械碾娮臃蛛x成為質(zhì)子，進(jìn)而從正極交換至負(fù)極和氧氣進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生水和熱。相應(yīng)的，質(zhì)子交換膜的核心就是催化劑鉑。而鉑是一種貴金屬，也就是通常婚戒的材料鉑金。為了推動(dòng)大規(guī)模商用，一方面必須減少催化劑的用量，另一方面是尋求低成本的替代材料。

　　氫燃料電池汽車的系統(tǒng)組成↑氫燃料電池汽車系統(tǒng)組成（來(lái)自豐田）談到氫燃料電池汽車，目前主流采用的是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）技術(shù)。其系統(tǒng)組成通常為燃料電池堆、氫氣儲(chǔ)罐、動(dòng)力電池、燃料電池直流升壓轉(zhuǎn)換器、動(dòng)力控制單元和動(dòng)力電機(jī)組成。目前領(lǐng)先的燃料電池堆的功率密度可達(dá)3.1kW/L，最大輸出功率可達(dá)114kW。由于每個(gè)燃料電池單體輸出電壓只有0.6~0.7V，因此需要配合直流升壓轉(zhuǎn)換器和動(dòng)力電池使用。從而讓電壓可以適配650V高壓，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電機(jī)。同時(shí)類似動(dòng)力電池需要電池管理系統(tǒng)BMS，燃料電池也需要精密的監(jiān)控管理系統(tǒng)FCMS，通過(guò)放電狀態(tài)快速調(diào)整反應(yīng)相關(guān)參數(shù)。

（圖/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 問(wèn)答叫獸）