鉅大LARGE | 點擊量：819次 | 2019年05月08日
燃料電池車來啦
雖然現(xiàn)在市場上已經(jīng)有燃料電池汽車出售，消費者也可以購買自己的氫動力汽車，但是，從產(chǎn)業(yè)和行業(yè)的角度來看，必須加速擴大燃料基礎(chǔ)設(shè)施和降低燃料電池汽車的成本。
以燃料電池動力汽車的想法已經(jīng)存在了幾十年。原則上，這些車通過氫與空氣中的氧氣的電化學(xué)結(jié)合而產(chǎn)生的電力，可以減少對石油的依賴，而且，從排氣管排放的只有水。但是，盡管進行了廣泛的車隊測試，燃料電池轎車似乎還需要5年的時間。不過.開車的人現(xiàn)在可以購買或租賃燃料電池汽車。今天的數(shù)字很低，只有少數(shù)幾個裝有公共氫氣加油站的地理區(qū)域才有汽車供應(yīng)。但該行業(yè)正準(zhǔn)備生產(chǎn)更多的這些汽車，并擴大加油基礎(chǔ)設(shè)施。研究人員繼續(xù)尋找降低燃料電池成本和改善耐久性的方法。
RaymondLim，一個心理學(xué)和統(tǒng)計學(xué)講師，把自己描述成一個“喜歡嘗試新技術(shù)的汽車愛好者?！盋elsoPierre也是一個喜歡酷的小玩意的人。他是一個機械工程師喜歡徒步旅行和戶外活動。每當(dāng)彼埃爾聽到新技術(shù)，他跑去了解它。對于這兩個人來說，這種興奮早已發(fā)泄在包括電動汽車和省油的汽車。因此，林和彼埃爾抓住機會加入了小型駕車俱樂部，他們用自己的燃料電池車在加利福尼亞的道路上行駛。利姆開的是豐田的未來，彼埃爾電的是現(xiàn)代的圖森。
這些氫燃料電池電動汽車作為傳統(tǒng)汽車的替代品已經(jīng)發(fā)展了幾十年，它們不依賴化石燃料，也不污染環(huán)境，只排放水蒸氣。在這段時間里，許多燃料電池示范車的原型和車隊已經(jīng)記錄了數(shù)百萬英里，推進了遠遠超出實驗室試驗階段的運輸技術(shù)。然而，工業(yè)觀察家們似乎對汽車燃料電池汽車展廳的沒完沒了的拖延感到沮喪。據(jù)科技愛好者們預(yù)測，這些汽車每年都會在市場上“五年后”到達市場，這意味著汽車工業(yè)在很大程度上放棄了生產(chǎn)燃料電池汽車。
那種印象完全是錯誤的。工業(yè)界繼續(xù)致力于這項技術(shù)，而“過去五年”的預(yù)測在過去幾年終于實現(xiàn)了。雖然今天出售或租賃的燃料電池汽車的數(shù)量相對少，而且車輛只能在特定的地理區(qū)域內(nèi)使用，私人汽車司機最終才有可能駕駛一輛車離開該地段。與此同時，工業(yè)界正在擴大美國和其他國家的氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施，并繼續(xù)設(shè)法使車輛更便宜、更耐用。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
燃料電池的崛起
燃料電池的概念可以追溯到19世紀(jì)，但直到上個世紀(jì)，各種類型的演示裝置才證明這些電化學(xué)裝置能夠可靠地產(chǎn)生電流。當(dāng)美國國家特種航天局在1960年代和1970年代在雙子座和阿波羅任務(wù)以及其他太空計劃中使用這些發(fā)電機時，它們被認為是可靠的裝置。
與電池的電化學(xué)相似，燃料電池含有從化學(xué)反應(yīng)中提取有用電能的電極。在電池和燃料電池中，當(dāng)一個正極通過一個外部電路連接到一個負極時，就會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。當(dāng)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)并在陰極上進行還原時，電子流過電路，為連接它的裝置提供電發(fā)動機，如燃料電池汽車。
和燃料電池汽車有關(guān)的數(shù)字
57500美元廠商建議零售價為2017豐田的未來
370個燃料電池單電池堆在Mirai的的燃料電池中
~5千克質(zhì)量的氫氣存儲在未來的燃料箱中
≥480和＜240行駛公里分別對于在一個氫罐和各種電池驅(qū)動的電動汽車上。
<5和30-720分鐘分別對于氫燃料和電動汽車的電池充電時間，
但不同的電池，其存儲的氧化劑和還原劑的電化學(xué)燃料電池包內(nèi)，從外部吸取氧化劑和燃料。因此，燃料電池不會耗盡或需要像電池那樣充電。原則上，只要燃料源源不斷的新進入設(shè)備中，燃料電池就可以繼續(xù)發(fā)電。
許多類型的燃料電池已經(jīng)通過研究和開發(fā)階段，并有幾個版本已經(jīng)商業(yè)化。這種裝置主要區(qū)別于電解質(zhì)，它是在電極之間傳輸離子的介質(zhì)；構(gòu)成電極和其他元件的材料；以及預(yù)期的應(yīng)用。
燃料從設(shè)備到設(shè)備也各不相同。在堿性燃料電池中，氫氣用作燃料和氧氣作為氧化劑。但是也有從醇或碳氫化合物中提取氫的系統(tǒng)，以及直接使用甲醇的，而不首先將它轉(zhuǎn)化為氫。
汽車燃料電池目前主要依賴于聚合物電解質(zhì)膜（PEM）。微米厚的薄膜有兩個功能：它是一種固體電解質(zhì)，將氫離子從陽極傳導(dǎo)到陰極，它是一種氣體分離器，可以防止氫氣和氧氣直接、不受控制地混合。這種混合燃料的浪費，使燃料電池運行效率低下，導(dǎo)致副產(chǎn)物，可以降低燃料電池組件。
燃料電池汽車的數(shù)量已經(jīng)從2015年開始進入零售市場也穩(wěn)步增長，當(dāng)豐田開始在日本和加利福尼亞出售他們汽車?，F(xiàn)代和本田也進入零售市場，所以數(shù)字開始攀升。
2016，豐田增加了其四座燃料電池汽車，生產(chǎn)的未來，這意味著“未來”在日本，從2015的700輛，到2016級約2000輛。今年該公司計劃生產(chǎn)約3000輛。
根據(jù)在現(xiàn)代的燃料電池研究實驗室的一名研究員BoKiHong的說法，韓國汽車制造商預(yù)計將生產(chǎn)約1000的途勝燃料電池的緊湊型SUV今年年底分發(fā)給18個國家。本田正在生產(chǎn)同樣數(shù)量的清晰車，一款運動型五座燃料電池轎車。所有三家汽車制造商，都是目前在美國銷售或租賃燃料電池轎車的唯一公司，它們的共同目標(biāo)是在10年后將生產(chǎn)水平提高到數(shù)萬。
那么，是什么能讓燃料電池汽車在五年后從經(jīng)銷商到最后停在人們的車庫里呢？首先，汽車制造商不斷獲得工程和制造業(yè)方面的經(jīng)驗，這有助于降低生產(chǎn)成本。他們還不斷提高質(zhì)子交換膜燃料電池的效率，并學(xué)會如何大大減少昂貴的鉑，使設(shè)備仍然可以有效地工作。這些進步轉(zhuǎn)化為更便宜、更小型、更強大的設(shè)備，為設(shè)計各種尺寸和價格吸引顧客的汽車提供了靈活性。
氫是汽車的動力
成長的空間（煩惱）
但是，汽車制造商是否會達到他們的生產(chǎn)目標(biāo)，很大程度上取決于車主們對燃料電池汽車的滿意程度。洪說：“顧客期望與汽油和柴油動力汽車的性能和駕駛體驗都是一樣的?！?。
LIM大為贊賞他的Mirai性能?！斑@輛車很棒，”他說。他說：“這段旅程平穩(wěn)、安靜、有力。當(dāng)談到加油時，這個過程很快——“不到五分鐘，這就讓我行駛了300多英里（約480公里）?！?。
這些與汽油動力汽車相似之處突出表現(xiàn)為燃料電池汽車優(yōu)于電池驅(qū)動的全電動汽車。許多類型的汽車，也被稱為插電式，需要30分鐘到12小時的完全充電，這取決于充電器的類型。許多車?yán)m(xù)航旅行少于150英里（約240公里）左右。
這些因素似乎讓燃料電池汽車占了上風(fēng)。但燃料電池汽車需要氫，目前美國只有40家零售加氫站，幾乎全部在加利福尼亞。
“在這種雞和蛋的困局情況下，”多倫多地區(qū)的燃料電池制造商。Hydrogenics首席技術(shù)官JosephCargnelli說，他說，如果消費者不能很方便地獲得氫，燃料電池汽車生產(chǎn)商就會對提高產(chǎn)量猶豫不決。氫氣供應(yīng)商也會因為沒有足夠的燃料的需求而不確定建設(shè)加氫站。
但加氫站的數(shù)量還是在增長。加利福尼亞預(yù)計將增加36個站，2018個，一半在北部，一半在南部。
氫加油站也將向東北方向發(fā)展。根據(jù)JanaL.Hartline的說法，豐田公關(guān)經(jīng)理，豐田，與法國液化空氣集團合作，支持12個氫燃料站在紐約，新澤西，馬薩諸塞州，羅得島和康涅狄格建設(shè)。她說，第一站應(yīng)該在年底前完成。在日本，法國液化空氣集團，豐田，和其他九家日本公司同意建立160座加氫站和目的把40000輛燃料電池車2020年送上日本的道路。
燃料電池轎車的數(shù)量遠遠超過這種電化學(xué)技術(shù)驅(qū)動的其他車型，因此，它們受到了最多的關(guān)注。然而，其他車型也取得了顯著的成功。例如，無污染，燃料電池公交車走過擁擠的城市街道自本世紀(jì)初以來，根據(jù)美國能源部的報告，在全球范圍內(nèi)，到2015年有370輛燃料電池公共汽車交付使用。
另外，雖然18輪大卡車似乎不可能很快被燃料電池拖著在公路上亂跑，但是，豐田今年早些時候已經(jīng)開始在洛杉磯港的一個原型車試驗。
燃料電池叉車的數(shù)量遠遠高于公路車輛。北美洲的主要倉庫運營商，包括亞馬遜、沃爾瑪和聯(lián)邦，都使用大約15000輛的室內(nèi)車輛往返穿梭在產(chǎn)品和設(shè)備中。不同于標(biāo)準(zhǔn)電池供電的版本，這些燃料電池供電的版本不需要坐30分鐘或更長的時間來充電。
要解決的問題
即使商用燃料電池汽車的數(shù)量增加，研究人員仍在尋找降低成本和提高耐久性的方法。降低標(biāo)簽價格的最好研究方法之一是減少用作燃料電池電極催化劑的鉑量，以介導(dǎo)電化學(xué)反應(yīng)。
通用汽車燃料電池研發(fā)總監(jiān)MarkF.Mathias說：“鉑金長期以來一直是燃料電池成本的象征?！?。在過去的10年中，通用汽車和其他燃料電池汽車制造商一樣，成功地將汽車燃料電池堆中使用的鉑量從每輛車的大約80克降到30克以下。馬蒂亞斯說，目前，每輛車的目標(biāo)是10克，這個價值相當(dāng)可觀。
燃料電池制造商已經(jīng)采取了許多策略來減少所需的貴金屬質(zhì)量，同時確保燃料電池可靠地運行。一個關(guān)鍵的方法是盡可能徹底地分散鉑，例如，在高表面積的碳支撐材料上，最大限度地提高鉑的表面積，用于燃料電池的反應(yīng)。
一些研究人員正在探索降低鉑和其他貴金屬成本的可能性。洛斯阿拉莫斯國家實驗室和同事PiotrZelenay準(zhǔn)備由氮、碳催化劑，以及廉價的過渡金屬如鐵或鈷具有高活性的氧還原反應(yīng)，氫燃料電池驅(qū)動的一個關(guān)鍵過程。
提高這些有前途的催化劑的性能需要詳細了解其活性位點的性質(zhì)。因此，洛斯阿拉莫斯集團聯(lián)手在橡樹嶺國家實驗室的研究人員分析fe-n-c燃料電池催化劑采用先進的電子顯微鏡和計算技術(shù)。該研究揭示了碳氮協(xié)調(diào)fen4嵌入式單位最有可能負責(zé)的高催化活性物種（科學(xué)2017，DOI:10.1126/科學(xué)。aan2255）。
同時，德拉瓦大學(xué)的AjayK.Prasad，DionisiosG.Vlachos和同事們正在努力改進燃料電池的耐久性。該團隊設(shè)計了一個簡單的，提高質(zhì)子交換膜燃料電池中常用的全氟磺酸膜的耐久性，低成本的方式。即使是少量的氫和氧通過膜泄漏，這是一個常見的問題，導(dǎo)致降解這些膜和縮短設(shè)備壽命的反應(yīng)。泄漏，或“交叉”在過氧化氫和自由基的形成的結(jié)果，包括OH·和OH·,攻擊膜的C–S結(jié)合處形成針孔缺陷和最終。研究小組表明，用廉價的碳化鎢納米顆粒處理該膜，可以通過粒子捕獲自由基和抑制過氧化氫的形成來延長其壽命。通信。2017，DOI:10.1038/s41467-017-00507-6）。
隨著汽車制造商繼續(xù)降低汽車標(biāo)簽價格，推動燃料電池轎車的生產(chǎn)，越來越多的私人汽車司機將有機會擁有一輛。一些汽車的環(huán)保零排放會激發(fā)他們的動力，而另一些則會被最新技術(shù)的熱愛或氫動力所吸引。
當(dāng)然，還有些人可能從未來汽車抓到燃料電池汽車的問題?！拔业玫降臅r候所有的車都向我問候，”他高興地說道?！叭藗兛偸强粗业姆较蛳蛭覔]手?！崩废矚g和他們談?wù)撍臍淙剂想姵剀嚕⑶掖_保手邊備有一大堆汽車說明書?！拔乙呀?jīng)這樣做超過了100次，”他說。
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