適用低溫環境的氫燃料電池汽車
日本豐田汽車公司(TMC)在1992年開發出了第一輛氫燃料電池汽車,隨后對該氫燃料電池汽車進行了不斷地改進。2008年又推出了FCHV-adv氫燃料電池汽車,該車在氫燃料效率、續駛里程、耐久性方面取得了較大的成果,但在低溫(低于0℃)條件下,FCHV-adv氫燃料電池汽車的輸出功率較低,這與氫燃料電池化學反應生成的水不易被排出而造成的。因此,2014年12月TMC又推出了世界上第一輛商業化量產的氫燃料電池汽車,并將其命名為Mirai,與FCHV-adv氫燃料電池汽車相比,其低溫下的輸出功率得到了顯著改善。
在氫燃料電池運行過程中,其陰極發生的化學反應生成水分,當環境溫度高于0℃時,這些水分以液態形式存在,并通過陰極內部的流動通道排出;而當環境溫度低于0℃時,液態水分凝結成冰,阻礙了水分排出,同時也阻礙了陰極氧氣的輸送。當水分擴散到陽極時,也可能阻塞陽極內部的流動通道,阻礙陽極氫氣的輸送,并造成在低溫時燃料電池輸出功率的下降。對此,通過以下3種方式解決該問題:①減少陰極內部流動通道的初始水含量;②減少氫燃料電池啟動期間產生的水分;③增加陰極的水分存儲能力。為實現上述3種解決方案,需要對陰極水分含量進行精確測量,同時進行有效清除。Mirai氫燃料電池汽車上采用同頻阻抗技術,并利用菲克(Fick)定律進行精確測量,同時通過一個具有微孔的吸水管利用毛細現象進行清除。通過該技術的使用,Mirai氫燃料電池汽車在起動70s后,能夠達到氫燃料電池100%的功率輸出,而上一代FCHV-adv氫燃料電池汽車在起動100s后,才達到氫燃料電池輸出功率的50%。
Tsuyoshi Maruo et al.SAE 2017-01-1189.
編譯:王祥