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早在20世紀60年代,美國人開始他們的登月計劃的時候,阿波羅 宇宙飛船上就使用了燃料電池。它們負責宇宙飛船的供電,還可 以提供有利用價值的副產品,如熱量和飲用水。
在科技史上,早就屢見不鮮的還有氫氣和氧氣"冷燃燒"的物理原理-準確地說,有171年歷史了。和每位學生記憶中化學課上的氫氧爆炸實驗不同,它的發展默默無聞。也許正因如此,燃料電池長時間被遺忘,直到太空飛船時代才經歷了一場復興。用無廢氣,低噪音的電動機驅動汽車,并通過携帶的氫燃料電池供電,這種想法很晚才成形。1994年,平治憑借Necar1成為燃料電池先驅,直至今天,平治仍被認為是這種驅動方式的堅定捍衛者,即使批量生產計劃一拖再拖。燃料電池動力研發負責人深知,改善功能、提高功率密度,同時降低巨額系統成本,是一條困難的路。即使這樣,DAIMLER有把握小批量生產這種驅動模式的B級汽車。像通用、福特、本田或日產一樣,DAIMLER給這款車配置的是質子交換薄膜(PEM)燃料電池。雖然6款不同類型的此種電池都沒有表現出最高效率-50%-60%,但它時用在汽車中的最佳解決方案。
所有的電池類型工作原理都是一樣的。基本結構是石墨或金屬材料的兩個多孔電極。氫氣被輸送到正極,氧氣被輸送到負極。兩電極之間的接觸面是帶鉑或鈀塗層的催化劑,它們被薄膜也就是電解質分開。在質子交換薄膜中,承擔這項任務的是一種結實的聚合薄膜,它具有選擇性特徵。也就是說,它允許質子經過,但阻礙電流通過。人們把氫氣輸到正極一側,在催化劑的幫助下,氫原子分裂成帶正電荷的質子和帶負電荷的電子。後者生成新的化合物。。
很多耗電品都可以聰明地利用這種原理完成工作。為了讓它能有效用,負極一側需要相應的前提條件。這裡也需要催化劑的作用,它把輸入的氧分子化解成易于反應的陽離子,它們對另一極的自由電子施以強大的吸引力。和氫氧爆炸不同,在燃料電池中,電解質膜并不直接阻止電子轉移,而是間接地作為氧化控制的負荷引開電子的轉移。
單塊燃料電池通常產生0.6-1伏特的電壓。要驅動一部車當要需要很多的電壓,因此,人們將多塊電池串聯起來,也就是說,組成一個所謂的燃料電池堆。這樣就將單塊電池隨意相加。這些理論聽起來容易,其實在實際中作為汽車動力還有很多問題要解決。比如說,燃料電池攝氏零度以下時非常敏感,這時產生的水會結成冰。另一方面,由於在工作時薄膜必須濕潤,需要為靜止和運轉之間的狀態找出解決策略。於是DAIMLER的技術人員把冷啟動能力擴展到現在的攝氏-25度。
另外一個問題是潛在的污染物問題,它可能隨著空氣進入燃料電池。實際上,只需要21%的氧氣量。特別是硫或者一氧化碳會產生有害的影響。同時還必須保證冷卻,因為運轉中電池中的水會加熱至沸騰,從而造成無法挽回的損失。
攝氏80度的運行溫度是理想的,但這需要一套相對較大的、昂貴的冷卻系統。對於大眾汽車的研發者們來說,這是一個棘手的問題,因此他們尋找到替代的高溫電池。它的奧秘在於,依靠一種被磷酸浸泡的特殊薄膜。盡管有著和水相似的特徵,但是沸點明顯更高。盡管這算得上是價格實惠的車型,但估計不會在2020年之前大批量生產。
從今天的角度看來,技術問題在不遠的將來是可以解決的。但實際成本和氫能源的製造問題還完全不明確。因為氫燃料不同於石油,不是打上來就能用的能源,而是一種載能體。


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