燃料電池是一類能量轉(zhuǎn)化裝置，能夠把燃料的電化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因?yàn)槠浜碗姵仫@示，是電化學(xué)發(fā)電裝置，所以稱作燃料電池。采用氫氣為燃料的燃料電池即為氫燃料電池。氫燃料電池能夠理解為水電解成氫氣以及氧氣的逆反應(yīng)。氫燃料電池的反應(yīng)過程既清潔，又高效。氫燃料電池不受傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)采用卡諾循環(huán)42%上下的熱效率限制，效率能夠達(dá)到超過六成。
氫燃料電池不像火箭，通過氫氣以及氧氣燃燒的劇烈反應(yīng)產(chǎn)生動能，通過催化裝置把氫氣中的吉布斯自由能釋放。吉布斯自由能是涉及熵以及焓等理論的電化學(xué)能。氫燃料電池的工作原理是，氫氣通過電池的正極里面的催化劑（鉑）分解成氫離子（也就是質(zhì)子）以及電子。其中氫離子通過質(zhì)子交換膜，到達(dá)負(fù)極以及氧氣反應(yīng)變成水以及熱量，對應(yīng)的電子從正極通過外電路流向負(fù)極產(chǎn)生電能。
氫燃料電池汽車，現(xiàn)在主要采用的是質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)。氫燃料電池汽車的系統(tǒng)組成通常涵蓋燃料電池堆以及氫氣儲罐，還有汽車動力電池和燃料電池直流升壓轉(zhuǎn)換器，動力控制單元、動力電機(jī)?，F(xiàn)在技術(shù)領(lǐng)先的燃料電池堆的功率密度在3.0kW/L，所以需要配合直流升壓轉(zhuǎn)換器以及汽車動力電池使用。進(jìn)而讓電壓能夠適配650伏的高壓，驅(qū)動汽車動力電機(jī)。與此同時(shí)，和汽車動力電池需要電池管理系統(tǒng)BMS相似，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)有關(guān)的參數(shù)數(shù)值。為存儲氫氣，通常采用70Mpa高壓液氫儲罐。
現(xiàn)在有諸多汽車企業(yè)都推出了燃料電池的車型汽車，例如奔馳以及寶馬，現(xiàn)代和本田、豐田。其中豐田汽車對于中低汽車?yán)锍痰膽?yīng)用主要推出的是純電動汽車，和中國的比亞迪以及寧德時(shí)代達(dá)成合作。豐田還致力于氫燃料電池汽車的研發(fā)，豐田氫燃料電池汽車車型Mirai的售價(jià)低至四十萬量級。
豐田還推出了氫燃料電池大巴車。氫燃料電池汽車的優(yōu)勢是高效、清潔，但是許多問題尚待解決。
原標(biāo)題：氫燃料電池新能源汽車原理解析，氫燃料電池的優(yōu)勢
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