|
|
油价的上涨与大城市的限购，让越来越多的消费者开始考虑节能且政策限制少的电动汽车，在中国，电动汽车搭载的主要是采用锂离子电池的动力单元，经过 30 年的发展，锂离子电池在汽车上的运用已趋于成熟，但受锂离子电池特性制约，采用锂离子电池的电动汽车发展瓶颈也越发显现出来。
当下，电动汽车常用的三元锂动力电池能量密度的开拓已近极限，能量密度基本在 130~200Wh/kg 之间（更先进的采用高镍材料、碳硅负极的锂电池单体能量密度最高也只在 300Wh/kg 左右），正因如此，电动车的 " 续航焦虑 " 尚处于无解状态，无论是蔚来的 " 换电站 " 构想，还是理想制造 ONE 用燃油发动机作为增程器，本质上都是面对锂电池 " 续航焦虑 " 的无奈之举。
锂离子电池的能量密度瓶颈很难突破
而与此同时，在我们的近邻日本，已经上市销售的燃料电池汽车开始引发大家的关注，这些氢氧燃料电池的理论能量密度已经能达到 3000Wh/kg 以上，而搭氢氧燃料电池的电动汽车，续航里程几乎都在 600km 以上，而且扩展空间非常大。
本田 CLARITY 燃料电池汽车
另外，氢氧燃料电池以液态氢为能源，具有加注快（3-5 分钟）、零排放（仅生成水）等优点，而在更高的层面上，氢燃料则能帮助国家摆脱对于石油资源的依赖，所以一直以来，氢氧燃料电池都被誉为 " 终极能源 "。几年前，汽车行业曾普遍认为：短期内氢氧燃料电池技术还难以突破，锂离子电池还是动力电池的主导，但在没想到在这个科学技术日新月异的时代，" 未来已来 " 与其说是一句广告词，实则更像是一句警示语。
2014 年，当大部分国人还将纯电动汽车当作新事物时，基于在燃料电池成本降低方面取得的突破，丰田便已将实用型产品 Mirai 投放市场，如今以丰田 Mirai、本田 Clarity 为代表的日本燃料电池技术已经遥遥领先于世界。今年 5 月，访问日本的总理在考察丰田公司时，曾一度在 Mirai 前面色凝重。
那这个能让丰田这么引以为傲的 Mirai 究竟有什么独门秘籍呢？
丰田 Mirai
Mirai 的动力系统被称作 TFSC（Toyota FC Stack），该系统核心为驾驶舱底部的燃料电池堆栈，两个高压储氢罐像普通车的油箱一样布置于车辆后桥处。除了燃料电池外 Mirai 还有一套用来直接驱动电动机的储能电池组，后者为镍氢电池。Mirai 的电动机与动力单元则位于车辆前桥处，电动机最大功率 113kW，最大输出扭矩 335N · m。
其实，TFSC 的工作方式可以简单的理解为，燃料电池堆栈发出来的电给储能电池充电，用储能电池充当 " 蓄水池 "，低工况时，储能电池为电动机提供电能；当车辆处于加速等高工况时，燃料电池堆栈将直接向电动机输电，跟镍氢电池组实现双重供电来满足需求；当车辆制动时，动能回收系统转化的电量直接回收到储能电池里。
所以，从储能电池到电动机这部分，丰田 Mirai 与一辆电动汽车其实大同小异，而 Mirai 的真正核心技术在于燃料电池堆栈部分——由 370 片薄片燃料电池组成的堆栈。
不同于内燃机中，储存在燃料中的化学能经历化学能——热能——机械能的转变，在燃料电池薄片中，能量转化过程为化学能——电能——机械能，这个过程中电能来源于氢氧气化合反应中产生的电荷转移。
燃料电池工作时，氢气首先会被供给到燃料电池薄片的阳极侧，氢气在阳极催化剂层上释放出电子，电子通过导体形成电流传递到阴极，与氧分子结合；同时，丢失电子的氢气分子变成一个个质子，穿过 " 电解质薄膜 " 与另一边的氧分子结合形成水分子。在整套反应中，最重要的角色就是中间的 " 电解质薄膜 "，它的神奇之处在于，只有单个的质子能够通过它。而电解质薄膜也是燃料电池领域最坚固的技术壁垒。
除 " 电解质薄膜 " 外，丰田 Mirai 上的燃料电池堆栈经历十几年优化，在很多方面形成独家技术，如 3D 立体微流道技术，该技术能更好地排出燃料电池的唯一废料——水，同时更多空气流入，让更多氧气参与阴极反应，提高发电效率。
另外，氢氧燃料电池另一个让很多小伙伴感到不安的还有车上背负的储氢罐，在这方面，丰田将储氢罐设计成四层结构，罐体为铝合金，内含塑料内胆，包裹碳纤维强化塑料保护层和玻璃纤维保护层，这样的保护可谓做到了极致（作为一位来自四川的编辑，在老家每天朝夕相处的都是带天然气罐的车，好像没觉得有啥不安全）。
写在最后
在科幻小说《三体》中，来自外星的文明曾告诫地球人：" 生存本来就是一种幸运 …… 人类有了一种幻觉，认为生存成了唾手可得的东西，这就是你们失败的根本原因。" 在汽车电动化的大趋势中，我们也难免产生这样的错觉，认为中国在电动车方面实现弯道超车将是唾手可得般容易，其实，在这场变革中，世界顶尖的车企面临的压力更大，它们投入新技术研发的财力、精力也更多。
|
|
发表于 2018-11-7 12:57:02
收藏