【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)于辣筆小星無障礙寫文章登錄/注冊隨著7月在博鰲召開的全球新能源汽車峰會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。今天讓我們詳細(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)過程既清潔，又高效。因為它不受傳統(tǒng)發(fā)動機(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氫氣和氧氣燃燒的劇烈反應(yīng)產(chǎn)生動能，而是通過催化裝置將氫氣中的吉布斯自由能釋放出來。打個比方，石墨和鉆石都是碳的存在形勢。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。是不是覺得很高深難懂？我們直接看動畫吧。

　　↑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。對應(yīng)的電子則從正極通過外電路流向負(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)鍵部件對于氫燃料電池的商用來說，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?；榻涞牟牧香K金。為了推動大規(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、氫氣儲罐、動力電池、燃料電池直流升壓轉(zhuǎn)換器、動力控制單元和動力電機(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)換器和動力電池使用。從而讓電壓可以適配650V高壓，驅(qū)動動力電機(jī)。同時類似動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) 問答叫獸）