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1、燃料電池工作原理
電動(dòng)汽車時(shí)代??發(fā)表于 2014-11-27 06:52 責(zé)編:王艷
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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。
燃料電池堆棧外部細(xì)節(jié)及主要參數(shù)燃料電池堆棧外部細(xì)節(jié)及主要參數(shù)
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,
2、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,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。
豐田20XX燃料電池
豐田Mirai的燃料電池創(chuàng)新
豐田Mirai搭載的燃料電池堆棧是由370片薄片燃料電池組成的,因此被稱為"堆棧",一共可以輸出114千瓦的發(fā)電功率。
3、此前我們也分析了大眾集團(tuán)的燃料電池技術(shù),結(jié)構(gòu)基本類似。豐田的燃料電池堆棧經(jīng)歷了十幾年的技術(shù)優(yōu)化,形成了自己的特色結(jié)構(gòu),比如3D立體微流道技術(shù),通過(guò)更好地排出副產(chǎn)物水,讓更多空氣流入,有效改善了發(fā)電效率。所以整個(gè)堆棧的發(fā)電效率達(dá)到了世界先進(jìn)水平,達(dá)到了3.1千瓦/升,比20XX豐田的技術(shù)整整提升了2.2倍。
Mirai燃料電池堆棧技術(shù)迭代
由于燃料電池堆棧中每片電池發(fā)電的電壓大約在0.6V-0.8V之間,整體也不會(huì)超過(guò)300V電壓,所以為了更好驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),還需要安裝一個(gè)升壓器,將電壓提升到650V。
燃料電池迭代
700個(gè)大氣壓下儲(chǔ)存氫氣
了解氫氣物理特性的人都
4、清楚,氫氣跟汽油不同,常溫下氫氣是氣體,密度非常低并且非常難液化,常溫下更是無(wú)法液化,所以氫氣要安全儲(chǔ)藏和運(yùn)輸并不容易。所以氫氣無(wú)法像汽油那樣直接注入普通油箱里。豐田設(shè)計(jì)了一大一小兩個(gè)儲(chǔ)氫罐,通過(guò)高壓的方式盡可能多充入一些氫氣。以目前的主流儲(chǔ)存技術(shù),豐田選用了700Mpa也就是700個(gè)大氣壓的高壓儲(chǔ)氣罐,類似我們常見的"煤氣罐",只不過(guò)罐體更厚重。兩個(gè)儲(chǔ)氫罐一共的容量是122.4升,采用700個(gè)大氣壓儲(chǔ)存,也只能容納約5公斤的氫氣。所以實(shí)際上燃料的重量并不大,反而儲(chǔ)氫罐特別笨重。
氫氣儲(chǔ)存性能
為了在承受700個(gè)大氣壓的前提下仍舊保持行駛安全性,我們可都不希望坐在兩個(gè)炸彈上面開車吧？所以儲(chǔ)氫罐被設(shè)計(jì)成四層結(jié)構(gòu),鋁合金的罐體部襯有塑料膽,外面包裹一層碳纖維強(qiáng)化塑料的保護(hù)層,保護(hù)層外側(cè)再增加一層玻璃纖維材料的減震保護(hù)層,并且每一層的纖維紋路都根據(jù)所處罐身位置不同而做了額外的優(yōu)化,使纖維順著壓力分布的方向,提升保護(hù)層的效果。
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氫燃料電池原理
